Дослідження адаптаційного потенціалу нових стерильних цитоплазм Beta patula і B. maritima L. від диких видів роду Beta L.: зимостійкість і показники раннього закладання цукрів в інтродукційних алоплазматичних ліній
DOI:
https://doi.org/10.47414/na.11.1.2023.279933Ключові слова:
міжвидові гібриди , холодостійкість, заміщені лінії, інтродукційні стерильні цитоплазми, безпилковий режим, цукристість, Beta maritima, Beta patulaАнотація
Мета. Проаналізувати за комплексом господарсько-корисних ознак придатності нових вихідних матеріалів цукрових буряків для ефективності процесу управління виробництвом біоетанолу з дослідженням активності фотосинтезу за вмістом хлорофілу a і b, раннього закладання вуглеводів, толерантністю до низьких температур, схожістю апозиготичного насіння та з використанням нової плазми заміщених ліній цукрових буряків з інтродукційними стерильними цитоплазмами від диких видів Beta patula і B. maritima L. та апозиготичних ліній А9 з S vulgaris цитоплазмою Оуена.
Методи. Використані польові методи (безпилковий режим для репродукції апозиготичного насіння в умовах ізоляції, роздільноквітковості насінників), лабораторні (добір кращих за холодостійкістю селекційних номерів, аналіз продуктивності й динаміки накопичення вуглеводів).
Результати. Роздільноплідні пилкостерильні лінії з апоміктичним способом репродукції насіння походження Ялтушківської ДСС (А9 Beta vulgaris Sxxzz rr) і комерційних гібридів з раннім закладанням вуглеводів, відібрані за рецесивним забарвленням гіпокотелю r-r- і гаметофітним редукованим партеногенезом для проведення гібридизації за схемою: А9 Beta vulgaris Sxxzz rr × Beta vulgaris Mm Rr. Досліджено вплив цитоплазматичної спадковості B. maritima і B. patula на показники холодостійкості й виділено насіннєві зразки за селекційними номерами 17225, 17221, 17222, 17220, 17226, 17223 у заміщених ліній із показниками проростання насіння за температури +4 °С, що змінюються від 14,3 до 40,3 %. Виділені селекційні номери заміщених ліній, вирощені в умовах вегетаційних посудин і досліджені за показниками раннього закладання цукрів, що мали значення від 16,2 до 17,6 % упродовж чотирьох місяців вегетації; фотосинтетичної активності з показниками вмісту хлорофілу a, що змінюється від 2,06 до 1,32 %, і хлорофілу b – від 1,02 до 0,65 %.
Висновки. Гібриди цукрових буряків, створені за участю холодостійких заміщених пилкостерильних ліній цукрових буряків, завдяки природній еволюції інтродукційного цитоплазматичного геному, забезпечують збільшення тривалості вегетаційного періоду, високу продуктивність, раннє закладання цукрів і збагачення адаптаційного потенціалу культури. Стаття містить результати вивчення раннього терміну накопичення вуглеводів, фотосинтетичної активності відібраних селекційних номерів заміщених ліній цукрових буряків з високою якістю насіння, 100 %‑ою однонасінністю. Коренеплоди апоміктичних ліній були відібрані за забарвленням гіпокотелю R+r, генеративним редукованим партеногенезом і досліджені за особливістю зав’язування насіння в умовах безпилкового режиму.
Посилання
Chen, T. H. H., & Murata, N. (2002). Enhancement of tolerance of abiotic stress by metabolic engineering of betaines and other compatible solutes. Current Opinion in Plant Biology, 5(3), 250–257. doi: 10.1016/s1369-5266(02)00255-8
Doney, D. L. (1998). Beta evaluation ad sugar beet enhancement from wild sources. In Report on the 4th International Beta Genetic Resources Workshop and World Beta Network Conference (pp. 73–76). Rome: IPGRI.
Oldemeyer, R. K. (1957). Sugar beet male sterility. Journal of the American Society of Sugar Beet Technologists, 9(5), 381–386. doi: 10.5274/jsbr.9.5.381
Bosemrak, N. O. (2006). Genetics and breeding. In A. P. Draycott (Ed.), Sugar beet (pp. 50–88). Oxford: Blackwell. doi: 10.1002/9780470751114.ch4
Moritani, M., Taguchi, K., Kitazaki, K., Matsuhira, H., Katsuyama, T., Mikami, T., & Kubo, T. (2013). Identification of the predominant nonrestoring allele for Owen-type cytoplasmic male sterility in sugar beet (Beta vulgaris L.): development of molecular markers for the maintainer genotype. Molecular Breeding, 32(1), 91–100. doi: 10.1007/s11032-013-9854-8
Touzet, P., Villain, S., Buret, L., Martin, H., Holl, A.-C., Poux, C., & Cuguen, J. (2018). Chloroplastic and nuclear diversity of wild beets at a large geographical scale: Insights into the evolutionary history of the Beta section. Ecology and Evolution, 8(5), 2890–2900. doi: 10.1002/ece3.3774
Deinlein, U., Stephan, A. B., Horie, T., Luo, W., Xu, G., & Schroeder, J. I. (2014). Plant salt-tolerance mechanisms. Trends in Plant Science, 19(6), 371–379. doi: 10.1016/j.tplants.2014.02.001
Dohm, J. C., Minoche, A. E., Holtgräwe, D., Capella-Gutiérrez, S., Zakrzewski, F., Tafer, H., … Himmelbauer, H. (2013). The genome of the recently domesticated crop plant sugar beet (Beta vulgaris). Nature, 505(7484), 546–549). doi: 10.1038/nature12817
Arakawa, T., Matsunaga, M., Matsui, K., Itoh, K., Kuroda, Y., Matsuhira, H., … Kubo, T. (2020). The molecular basis for allelic differences suggests Restorer-of-fertility 1 is a complex locus in sugar beet (Beta vulgaris L.). BMC Plant Biology, 20(1), Article 503. doi: 10.1186/s12870-020-02721-9
Roik, M. V., Kovalchuk, N. S., Bodnar, S. O., Vlasiuk, V. I., & Fedoroshchak, L. H. (2022). Methods of creating substituted lines for hybrid selection of sugar beet: plants of the species Beta vulgaris L. with new sterile cytoplasm of Beta patula L. Bioenergy, 1–2, 22–28. 10.47414/be.1-2.2022.271346 [In Ukrainian]
Roik, M. V., Kovalchuk, N. S., Ivanina, V. V., & Yatseva, O. A. (2014). Prospects for breeding sugar beet hybrids (Beta vulgaris) for bioethanol production using new sterile cytoplasms from wild species of the genus Beta. Bioenergy, 2, 15–17. [In Ukrainian]
Webster, T. M., Grey, T. L., Scully, B. T., Johnson, W. C., III, Davis, R. F., & Brenneman, T. B. (2016). Yield potential of spring-harvested sugar beet (Beta vulgaris) depends on autumn planting time. Industrial Crops and Products, 83, 55–60. doi: 10.1016/j.indcrop.2015.12.037
Fasahat, P., Aghaeezadeh, M., Jabbari, L., Sadeghzadeh Hemayati, S., & Townson, P. (2018). Sucrose Accumulation in Sugar Beet: From Fodder Beet Selection to Genomic Selection. Sugar Tech, 20(6), 635–644. doi: 10.1007/s12355-018-0617-z
Mall, A. K., Misra, V., Santeshwari, Pathak, A. D., & Srivastava, S. (2021). Sugar Beet Cultivation in India: Prospects for Bio-Ethanol Production and Value-Added Co-Products. Sugar Tech, 23(6), 1218–1234. doi: 10.1007/s12355-021-01007-0
Owen, F. V. (1945). Cytoplasmically inherited male sterility in sugar beet. Journal of Agricultural Research, 71(10), 423–440.
Roik, M. V., Kovalchuk N. S., & Yatseva, O. A. (2014). Evaluation and selection of breeding materials with apozygosity and cytoplasmic male sterility: methodological recommendations. Kyiv: N. p. [In Ukrainian]
Roik, M. V., & Hizbullin, N. H. (Eds.). Methods of research in sugar beet. Kyiv: FOP Korzun D. Yu. [In Ukrainian]
Kovalchuk, V. P., Vasiliev, V. G., & Boyko, L. V. (2010). Determination of sugar content and conductometric ash in beet roots in one sample. In Collection of methods for the study of soils and plants (pp. 59–66). Kyiv: N.p.
Roik, M. V., Boiko, I. I., Honcharuk, H. S., Funina, I. R., & Zavhorodnia, S. V. (2020). Selection of cold-resistant forms of succulent beetroots at low positive temperatures: methodological recommendations. Kyiv: Komprint. [In Ukrainian]
DSTU 2292-93. Sugar beet seeds. Methods of determining similarity, singleness and benignity. (1994). Kyiv: State Standard of Ukraine. [In Ukrainian]
Ermantraut, E. R., Prysiazhniuk, O. I., & Shevchenko, I. L. (2007). Statistical analysis of agronomic research data in package Statistica 6.0. Guidelines. Kyiv: PolyhraphConsaltyng. [in Ukrainian]
