Оценка засухоустойчивости ЦМС-линий сорго на основе различных источников стерильности

Актуальность. Глобальные изменения климата в последнее время приводят к более частому проявлению неблагоприятных факторов и снижению продуктивности основных сельскохозяйственных культур. Сорго – высокоустойчивая к засухе культура, способная переносить длительные почвенные и воздушные засухи с наименьшей потерей урожая по сравнению с пшеницей и ячменем. В селекции на повышение адаптивности к абиотическим условиям и продуктивность гибридов понимание физиологических механизмов, влияющих на засухоустойчивость, имеет большое значение.

Материалы и методы. Двадцать стерильных линий зернового сорго с восьмью типами ЦМС изучались в 2019 и 2020 г. в засушливых условиях Саратовской области. Оценку показателей водного режима листьев проводили согласно методическим указаниям ВИР. Статистическая обработка результатов исследований выполнена с помощью программы AGROS 2.09.

Результаты. Изучены показатели водного режима листьев, отражающие дифференцированную реакцию растений ЦМС-линий на сложившиеся водные и температурные стрессовые условия в критический для сорго период цветения. По комплексу показателей выделились четыре ЦМС-линии, характеризующиеся 71,13– 72,02% общей оводненности, 5,26–9,08% водного дефицита, 57,40–83,17% водоудерживающей способности в среднем за два года исследований. Впервые установлено влияние ЦМС у сорго на проявление показателей водного режима. У изоядерных ЦМС-линий наибольшее влияние на засухоустойчивость показала цитоплазма А3 в сравнении с А4 (с геномом Желтозерное 10), цитоплазма А5 в сравнении с А1 (с геномом Карлик 4в), М35-1А в сравнении с аналогом на цитоплазме 9Е (с геномом Пищевое 614).

Заключение. Показана возможность использования генетически различных типов стерильности в практической селекции на повышение устойчивости к абиотическим факторам компонентов скрещиваний и гибридов F₁.

1. Abraha T., Githiri S., Kasili R., Araia W., Nyende A.B. Genetic variation among sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) landraces from Eritrea under post-flowering drought stress conditions. American Journal of Plant Sciences. 2015;6(9):1410-1424. DOI: 10.4236/ajps.2015.69141

2. Amelework B., Shimelis H., Tongoona P., Laing M. Physiological mechanisms of drought tolerance in sorghum, genetic basis and breeding methods: A review. African Journal of Agricultural Research. 2015;10(31):3029-3040. DOI: 10.5897/AJAR2015.9595

3. Badigannavar A., Teme N., de Olivera A.C., Li G., Vaksmann M., Viana V.E. et al. Physiological, genetic and molecular basis of drought resilience in sorghum [Sorg hum bicolor (L.) Moench]. Indian Journal of Plant Physio logy. 2018;23(4):670-688. DOI: 10.1007/s40502-018-0416-2

4. Beck E.H., Fettig S., Knake C., Hartig K., Bhattarai T. Specific and unspecific responses of plants to cold and drought stress. Journal of Biosciences. 2007;32(3):501-510. DOI: 10.1007/s12038-007-0049-5

5. Blum A., Sullivan C.Y. The comparative drought resistance of landraces of sorghum and millet from dry and humid regions. Annals of Botany. 1986;57(6):835-846. DOI: 10.1093/oxfordjournals.aob.a087168

6. Chandra-Shekara A.C., Prasanna B.M., Singh B.B., Unnikrishan K.V., Seetharam A. Effect of cytoplasm and cytoplasm-nuclear interaction on combining ability and heterosis for agronomic traits in pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R. Br.]. Euphytica. 2007;153(1):15-26. DOI: 10.1007/s10681-006-9194-4

7. Chaves M.M., Flexas J., Pinheiro C. Photosynthesis under drought and salt stress: Regulation mechanisms from whole plant to cell. Annals of Botany. 2009;103(4):551-560. DOI: 10.1093/aob/mcn125

8. Elkonin L., Kibalnik O., Zavalishina A., Gerashchenkov G. Genetic function of cytoplasm in plants with special emphasis on sorghum. In: C. Dejesus, L. Trask (eds). Chloroplasts and Cytoplasm. Structure and Function. New York: Nova Science Publishers; 2018. p.97-155.

9. Emendack Y., Burke J., Sanchez J., Laza H.E., Hayes C. Agromorphological characterization of diverse sorghum lines for pre- and post-flowering drought tolerance. Australian Journal of Crop Science. 2018;12(01):135-150. DOI: 10.21475/ajcs.18.12.01.pne790

10. Farooq M., Wahid A., Kobayashi N., Fujita D., Basra S.M.A. Plant drought stress: Effects, mechanisms and management. Agronomy for Sustainable Development. 2009;29(1):185-212. DOI: 10.1051/agro:2008021

11. Франковская М.Т., Папазов Д.Ю., Огняник Л.Г. Влияние разных типов ЦМС на продуктивность гибридов. Кукуруза и сорго. 1995;(3):4-5.

12. Ионова Е.В. Засуха и засухоустойчивость зерновых колосовых (обзор). Зерновое хозяйство России. 2011;2(14):37-41.

13. Влияние типов стерильных цитоплазм на содержание пигментов в листьях гибридов F1 зернового сорго. Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2009;(1):18-21.

14. Кибальник О.П., Каменева О.Б. Накопление хлорофилла в листьях гибридов сорго на основе источников стерильности А1, А2, А3, А4, А5, А6. В кн.: Роль физиологии и биохимии в интродукции и селекции сельскохозяйственных растений: сборник материалов V Международной научно-методологической конференции в 2 т. Москва, 15–19 апреля 2019 г. T. 1 / под ред. М.С. Гинса. Москва: РУДН; 2019). С.324-327. DOI: 10.22363/09358-2019-324-327

15. Кочубей А.А., Заремук Р.Ш. Исследование засухоустойчивости гибридного материала сливы домашней в условиях юга России. Аграрная наука. 2020;(6):94-98. DOI: 10.32634/0869-8155-2020-339-6-94-98

16. Мартынов С.П. Статистический и биометрико-генетический анализ в растениеводстве и селекции. Пакет программ «AGROS 2.09». Тверь; 1999.

17. Phuong N., Afolayan G., El Soda M., Stützel H., Wenzel W., Uptmoor R. Genetic dissection of pre-flowering growth and development in Sorghum bicolor (L.) Moench under well-watered and drought stress conditions. Agricultural Sciences. 2014;5(11):923-934. DOI: 10.4236/as.2014.511100

18. Reddy R.S., Patil J.V. Genetic enhancement of rabi sorghum: adapting the Indian Durras. Chennai: Academic Press; 2015.

19. Sanchez A.C., Subudhi P.K., Rosenow D.T., Nguyen H.T. Mapping QTLs associated with drought resistance in sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench). Plant Molecular Biology. 2002;48(5-6):713-726. DOI: 10.1023/a:1014894130270

20. Terletskaya N.V., Shcherban A.B., Nesterov M.A., Perfil’ev R.N., Salina E.A., Altayeva N.A. et al. Drought stress tolerance and photosynthetic activity of alloplasmic lines T. dicoccum × T. aestivum. International Journal of Molecular Sciences. 2020;21(9):3356. DOI: 10.3390/ijms21093356

21. Тороп А.А., Чайкин В.В., Мамедов Р.З., Филатова И.А. Влияние типов цитоплазматической мужской стерильности на свойства озимой ржи. Аграрная наука. 2014;(3):17-18.

22. Tyagi V., Dhillon S.K., Kaushik P., Kaur G., Characterization for drought tolerance and physiological efficiency in novel cytoplasmic male sterile sources of sunflower (Helianthus annuus L.). Agronomy. 2018;8(10):232. DOI: 10.3390/agronomy8100232

23. Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям: методическое руководство / под ред. Г.В. Удовенко. Ленинград: ВИР; 1988.