Генетико-фізіологічні основи стійкості зернобобових культур до посухи
Анотація
Мета. Виявити найбільш ефективні критерії посухостійкості зернобобових культур, на їх основі оцінити рекомендовані для вирощування сорти сої, обговорити механізми стійкості на організменному та молекулярному рівнях. Методи. У польових і лабораторних дослідах вирощували колекційні та селекційні форми сої, нуту і гороху, а також сорти, занесені до Державного реєстру сортів рослин, придатних для поширення в Україні. Реакцію рослин сої на дію водного стресу визначали у кліматичних камерах за температури повітря 30–32 °C. Результати. Виявили генетичну варіабельність за поглинанням води насінням різних сортів сої, особливо на початкових етапах замочування. Толерантність до посухи пов’язана з рівнем нагромадження вільного проліну в листках, водоутримувальною здатністю білків клітин, площею листкової поверхні, втратою вологи рослиною за певний період, розвитком кореневої системи. Сорти сої Аркадія одеська та Ходсон виділилися підвищеною стійкістю до посухи. Висновки. Апробовані в польових і лабораторних умовах методи визначення стійкості до водного стресу можливо рекомендувати для використання в селекційних дослідженнях із сільськогосподарськими культурами.
Ключові слова: селекція зернобобових культур, посухостійкість, адаптивність до підвищених температур.
Посилання
Maqbool M. A., Aslam M., Ali H. Breeding for improved drought tolerance in Chickpea (Cicer arietinum L.). Plant Breeding. 2017. V. 136(3). P. 300–318. doi: 10.1111/pbr.12477
Sichkar V. I., Grigorjan E. M. Dynamics of leaf surface different soybean varieties with various length of vegetation period. Breeding, seed production and cultivation of fodder crops for the south of Ukraine. Odessa. All-Union Plant Breeding and Genetics Institute, Odessa UA. 1983. P. 40–50.
Diakov A. B., Vasilieva T. A. Physiological basing of ideotype for adapted to South Russia climate soybean cultivars. Modern problems of soybean breeding and cultivation technology. Proc. 2nd International Soybean Conference., Russia, (Krasnodar, September 9–10, 2008). Krasnodar. 2008. P. 62–82.
Sichkar V. I. Special features of the soybean breeding for the improvement in adaptability level. Bulletin of the Center for Science Provision of Agribusiness in the Kharkiv region. 2009. No6. P. 138–150.
Kashiwagi J., Krishnamurthy L., Crouch J. N., Serraj R. Variability of root length density and its contributions to seed yield in chickpea (Cicer arietinum L.) under terminal drought stress. Field Crops Research. 2006. V. 95. P. 171 –181. doi: 10.1016/j.fcr.2005.02.012
Devasirvatham V., Gaur P. M., Mallikarjuna N. et al. Reproductive biology of chickpea response to heat stress in the field is associated with the performance in controlled environments. Field Crops Research. 2013. V. 149. P. 9–19. doi: 10.1016/j.fcr.2012.11.011
Jaleel C. A., Manivannan P., Sankar B. et al. Induction of drought stress tolerance by ketoconazole in Catharanthus roseus is mediated by enhanced antioxidant potentials and secondary metabolite accumulation. Colloids Surf B Biointerfaces. 2007. V. 60(2). P. 201 –206. doi: 10.1016/j.colsurfb.2007.06.010
Mafakheri A., Siosemardeh A., Bahramnejad B. et al. Effect of drought stress on yield, proline and chlorophyll contents in three chickpea cultivars. Australian Journal of Crop Science. 2010. V. 4(8). P. 580–585.
Ali M. Y., Krishnamurty L., Saxena N. P., Johansen C. Scope for genetic manipulation of mineral acquisition in chickpea. Plant and Soil. 2002. V. 245(1). P. 123– 134. doi: 10.1023/A:1020616818106
Gan Y., Selles F., Hansen K. G. et al. Effect of formulation and placement of Mesorhizobium inoculants for chickpea in the semiarid Canadian prairies. Canadian Journal of Plant Science. 2005. V. 85(3). P 555–560. doi: 10.4141/P04-026
Groten K., Dutilleul C., Heerden V. et al. Redox regulation of peroxiredoxin and proteinases by ascorbate and thiols during pea root nodule senescence. FEBS Letters. 2006. V. 580(5). P. 1269– 1276. doi: 10.1016/j.febslet.2006.01.043
Garg N., Manchanda G. Effect of arbuscular mycorrhizal inoculation on salt-induced nodule senescence in Cajanus cajan (Pigeonpea). Journal of Plant Growth Regulation. 2008. V.27(2). P. 115–124. doi: 10.1007/s00344-007-9038-z
Charlson D. V., Korth K. L., Purcell L. C. Allantoate amidohydrolase transcript expression is independent of drought tolerance in soybean. Journal of Experimental Botany. 2009. V. 60(3). P. 847– 851. doi: 10.1093/jxb/ern332
Mhadhbi H., Fotopoulos V., Djebali N. et al. Behaviours of Medicago truncatula — Sinorhizobium meliloti symbioses under osmotic stress in relation with the symbiotic partner input: effects on nodule functioning and protection. Journal of Agronomy and Crop Science. 2009. V. 195(3). P. 225–231. doi: 10.1111/j.1439037X.2009.00361.x
Labidi N., Mahmoudi H., Dorsaf M. et al. Assessment of intervarietal differences in drought tolerance in chickpea using both nodule and plant traits as indicators. Plant Breeding and Crop Science. 2009. V. 1(4). P. 80–86.
Leport L., Turner N. C., Davies S. L., Siddique K. H. M. Variation in pod production and abortion among chickpea cultivars under terminal drought. European Journal of Agronomy. 2006. V. 24(3). P. 236– 246. doi: 10.1016/j.eja.2005.08.005
Aslam M., Maqbool M. A., Cengiz R. Droughts stress in maize (Zea mays L.): Effects, resistance mechanisms, global achievements and biological strategies for improvement. SpringerBriefs in Agriculture. 2015. 74 p. doi: 10.1007/978-3-319-25442-5
Thudi M., Gaur P. M., Krishnamurthy L. et al. Genomics-assisted breeding for drought tolerance in chickpea. Functional Plant Biology. 2014. V. 41(11). P. 1178–1190. doi: 10.1071/FP13318
Blum A. Drought resistance, water-use efficiency, and yield potential — are they compatible, dissonant, or mutually exclusive? Australian Journal of Agricultural Research. 2005. V. 56(11). P. 1159– 1168. doi: 10.1071/AR05069
Blum A. Plant breeding for water-limited environments. New York: Springer Science & Business Media. 2010. 255 p.
Krishnamurthy L., Kashiwagi J., Gaur P. M. et al. Sources of tolerance to terminal drought in the chickpea (Cicer arietinum L.) minicore germplasm. Field Crops Research. 2010. V. 119(2–3). P. 322–330. doi: 10.1016/j.fcr.2010.08.002
Krishnamurthy L., Kashiwagi J., Tobita S. et al. Variation in carbon isotope discrimination and its relationship with harvest index in the reference collection of chickpea germplasm. Functional Plant Biology. 2013. V. 40(12). P. 1350–1361. doi: 10.1071/FP13088
Krishnamurthy L., Kashiwagi J., Upadhyaya H. D. et al. Partitioning coefficient — a trait that contributes to drought tolerance in chickpea. Field Crops Research. 2013. V. 149. P. 354–365. doi: 10.1016/j.fcr. 2013.05.02
Procenko D. F., Kyrychenko F. G., Musienko N. N., Slawnyi P. S. Drought resistance of the winter wheat. M., Kolos. 1975. 240 p.
Sloane R. D., Patterson R. P., Carter T. E. Field drought tolerance of a soybean plant introduction. Crop Science. 1990. V. 30(1). P. 118–123. doi: 10.2135/cropsci1990.0011183X003000010027x
Sichkar V. I., Ljashok A. K., Musich V. M. The physiological reaction of soybean cultivars on drought and high temperature. Physiology and biochemistry of cultivated plants. 2001. V. 33(6). P. 497–503.
Gaur P. M., Krishnamurthy L., Kashiwagi J. Improving drought-avoidance root traits in Chickpea (Cicer arietinum L.) — current status of research at ICRISAT. Plant Production Science. 2008. V. 11(1). P. 3–11. DOI: 10.1626/pps.11.3
Gaur P. M., Thudi M., Srinivasan S., Varshney R. K. Advances in chickpea genomics. Legumes in the Omic Era. [Eds.: Sanjeev Gupta, Nagasamy Nadarajan, Debjyoti Sen Gupta]. New York: Springer Science+Business Media, 2014. P. 73–94. doi: 10.1 007/ 978-1-4614-8370-0_4
Bertioli D. J., Moretzsohn M. C., Madsen L. H. et al. An analysis of synteny of Arachis with Lotus and Medicago sheds new light on the structure, stability and evolution of legume genomes. BMC Genomics. 2009. Vol. 10:40 doi: 10.1186/1471-2164-10-45
Varshney R. K., Song C., Saxena R. K. et al. Draft genome sequence of chickpea provides a resource for trait improvement. Nature Biotechnology. 2013. V. 31(3). P. 240–246. doi: 10.1038/nbt.2491
Bett K., Ramsay L., Sharpe A. et al. Lentil genome sequencing: establishing a comprehensive platform for molecular breeding. 6th International Food Legume Res. Conf. and 7tl International Conf. on Legume Genetics. (Saskatoon, Saskatchewan, Canada, July 7–11 2014). 2014. P. 19.
Thudi M., Upadhyaya H. D., Rathore A. et al. Genetic Dissection of drought and heat tolerance in chickpea through genome-wide and candidate gene-based association mapping approaches. PLOS ONE. 2014. V. 9(5). e96758. doi: 10.1371/journal.pone.0096758
Rehman A. U., Malhotra R. S., Bett K. et al. Mapping QTL associated with traits affecting grain yield in chickpea (Cicer arietinum L.) under terminal drought stress. Crop Science. 2011. V. 51(2). P. 450–463. doi: 10.2135/cropsci2010.03.0129
Samineni S., Varshney R. K., Sajja S. et al. High yielding and drought tolerant genotypes developed through marker-assisted back crossing (MBAC) in chickpea. International Plant Breeding Congress (IPBC) and Eucarpia — Oil And Protein Crops Section Conference (Antalya, November 01 –05, 2015). Antalya, Turkey. 2015. P. 122.
Maurel C., Chrispeels M. I. Aquaporines. A molecular entry into plant water relations. Plant Physiology. 2001. V. 125(1). P. 135–138. doi: 10.1104/pp.125.1.135
Tyerman S. D., Niemietz C. M. Bramley H. Plant aquaporins: multifunctional water and solute channels with expanding roles. Plant, Cell & Environment. 2002. V. 25(2). P. 173–194. doi: 10.1046/j.00168025.2001.00791.x
Gupta S., Nawaz K., Parween S. et al. Draft genome sequence of Cicer reticulatum L., the wild progenitor of chickpea provides a resource for agronomic trait improvement. DNA Research. 2017. V. 24(1). P. 1 –10. doi: 10.1093/dnares/dsw042
Thudi M., Li Y., Jackson S. A. et al. Current state-ofart of sequencing technologies for plant genomics research. Briefings in Functional Genomics. 2012. V. 11(1). P. 3–11. doi: 10.1093/bfgp/elr045
Jain N., Misra G., Patel R. K. et al. A draft genome sequence of the pulse crop chickpea (Cicer arietinum L.). The Plant Journal. 2013. V. 74(5). P. 715–729. doi: 10.1111/tpj.12173
Kujur A., Bajaj D., Saxena M. S. et al. Functionally relevant microsatellite markers from chickpea transcription factor genes for efficient genotyping applications and trait association mapping. DNA Research. 2013. V. 20(4). P. 355–374. doi: 10.1093/dnares/dst015
