Идентификация генотипов амаранта для селекции и семеноводства системой физиолого-биохимических методов

Актуальность работы. Амарант — высокопродуктивное, устойчивое к неблагоприятным факторам высокобелковое кормовое растение, которое может внести значительный вклад в кормовой баланс стран СНГ (Girenko, 1993; Micu, Rotari, Portas, 1993; Lukashov, Sagitov, Santykov, 1993; Sapharov, 1992) и Западной Европы (Nalborzyk, 1992; Huska, 1992).

При создании благоприятных условий роста и развития, суммарная урожайность зеленой массы и семян достигает 1200−1400 ц/га. Амарант не имеет ограничений в использовании, хорошо поедается всеми видами животных в свежем и переработанном виде, может использоваться как сырье для получения кормового и пищевого белка, лекарственных препаратов, пищевых и технических красителей (Чубенко, Головин, 1991; Чернов, 1992; Пивоваров и др., 1995).

За высокую народно-хозяйственную ценность, продуктивность и адаптационные возможности амаранта эксперты Продовольственной комиссии ООН (ФАО) признали его важнейшей культурой будущего века (Амарант, 1990).

Для эффективного использования амаранта в народно-хозяйственных целях необходимо располагать широким разнообразием чистого селекционного материала этой культуры. Успешная разработка селекционно-семеноводческого процесса любой культуры определяется проведением, в первую очередь, всестороннего изучения генотипов, используемых в качестве исходного селекционного материала, что включает исследование их физиологических особенностей, биохимическую оценку и др.

Объемная литературная информация, характеризующая физиолого-биохимические особенности амаранта (Чернов, 1993; Makus, 1990; Jusbekov, Magomedov, 1992), создает серьезную основу для систематизации научных представлений селекционера о возможностях физиолого-биохимического изучения исходных селекционных форм амаранта на базе таких современных методов как: соматический эмбриогенез, биохимическая оценка питательной ценности, анализ генетической чистоты используемых генотипов с помощью молекулярного маркирования (белка, ДНК). Такой подход, несомненно, позволит ускорить решение одной из актуальнейших проблем по интродукции амаранта в практику сельского хозяйства — возможности создания новых, высокопродуктивных и высококачественных коммерческих гибридов этой культуры.

Поэтому цель настоящей работы состояла в системном изучении возможностей современных физиолого-биохимических методов исследования генотипов амаранта.

Для реализации поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

1) проследить тканевую, онтогенетическую и генотипическую изменчивость химического состава вегетативной массы и зерна различных видов и коллекционных образцов амаранта, с последующим определением направления их дальнейшего использования;

2) изучить вариабильность электрофоретических спектров глютелиновой фракции белка различных видов и коллекционных образцов амаранта;

3) изучить зависимость каллусообразующей способности и соматического эмбриогенеза от видовой принадлежности, типа экспланта и действия фитогормонов, а также определить эффективность соматического эмбриогенеза в получении растений-регенерантов.

Научная новизна. Впервые показана возможность классификации изученных видов и коллекционных образцов амаранта по пищевому и кормовому направлениям — на базе дифференцированного подхода к изучению тканевой, онтогенетической и генотипической изменчивости химического состава вегетативной массы и зерна данной культуры.

Впервые установлено, что в качестве молекулярных индикаторов отбора коллекционных образцов амаранта следует рассматривать молекулярные формы глютелиновой фракции из электрофоретической области медленной и быстрой миграции — в зависимости от видового происхождения. Экспериментально доказана возможность экстраполирования указанной закономерности на анализ электрофоретических спектров белка коллекционных образцов амаранта с неустановленными источниками происхождения (по видам).

Предложена система методических разработок с учетом специфики культуры амаранта в условиях асептической культуры. Показано, что повышение доли цитокининов в гормональном комплексе питательной среды является удобным субстратом для проявления морфогенетической реакции листовых эксплантов по интенсивному каллусогенезу, накоплению сырой массы каллуса и формированию соматических эмбриоидов с достаточно высоким уровнем регенерационной способности.

Теоретическая и практическая ценность. При интродукции и анализе селекционного материала амаранта рекомендовано, кроме оценки по химическому составу составных органов этой культуры, проводить определение питательной ценности исследуемых образцов и паспортизацию по биологической ценности белка (БЦБ).

На основе электрофоретического изучения глютелиновой фракции белка различных видов и коллекционных образцов амаранта разработан электрофоретический эталонный спектр, на базе которого составлена расчетная формула электрофоретического спектра белка каждого из изученных образцов амаранта.

Смоделирована схема поиска филогенетических связей на уровне белковых маркеров между коллекционными образцами с неидентифицированным источником происхождения и исходными видами амаранта.

Рекомендовано в качестве улучшения методических приемов культивирования селекционно-генетических образцов амаранта в условиях in vitro использовать ряд регуляторных факторов:

— по составу питательной среды — измененный фитогормональный комплекс в сторону увеличения доли цитокинина (по отношению к ауксину);

— по типу экспланта — листовую ткань;

— по генотипу — виды амаранта с высоким уровнем регенерационной способности соматических эмбриоидов — A. caudatus, A. deflexus и A.cruentus.

Основные положения выносимые на защиту.

1. Физиолого-биохимические характеристики тканевой и онтогенетической изменчивости биохимических показателей вегетативной массы и зерна амаранта позволяют классифицировать изучаемые формы амаранта в различных направлениях народнохозяйственной значимости этой культуры.

2. Молекулярное маркирование с использованием глютелиновой фракции белка является инструментом для выявления молекулярных индикаторов отбора коллекционных образцов амаранта и их генезис.

3. Физиологическая специфика морфогенеза амаранта в асептической культуре и его регенерационная способность служит основой разработки методических приемов культивирования селекционного материала амаранта в условиях in vitro.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.