Различие в амплитуде физиологических параметров некоторых сельскохозяйственных растений при адаптации к стрессу засухи

Засуха оказывает ингибирующее воздействие на рост, развитие и продуктивность сельскохозяйственных культур [1]. Под действием засухи снижается всхожесть семян, уменьшается рост зародышевых корней, задерживается формирование вторичной корневой системы, закрываются устьица, листья вянут и скручиваются, ускоряется их старение, сильно сокращается КПД фотосинтеза и т. д. Как комплексное свойство засухоустойчивость зависит от способностей растений избегать высыхания и устойчивости к высыханию. Избегать высыхания помогают все механизмы, с помощью которых растению удается при сухости воздуха и почвы сохранять как можно дольше хорошее состояние воды в тканях.

Стресс индуцирует ряд физиологических, биохимических и молекулярных механизмов, обеспечивающих адаптацию растений к изменяющимся условиям среды. Физиологическая реакция на стресс эта экстренная мобилизация адаптационного потенциала, облегчающая временное переживание «неожиданных» воздействий, имеющая в связи с этим адаптивное значение. В связи с этим, изучение стресс реакции растений на действие засухи является актуальным.

Целью данных исследований явилась оценка на устойчивость к засухе хлопчатника и коровьего гороха коллекции генетического банка Института Генетических Ресурсов НАНА Азербайджана.

Материалы и методы. Объектом исследований служили из технических культур – сортообразцы хлопчатника (G.hirsutum L.), из зернобобовых –образцы коровьего гороха (Vigna unguiculata).

Устойчивость растений к засухе определялась по стресс-депрессии всхожести семян и изменению в листьях содержания хлорофилла в растворе сахарозы, имитирующей «физиологическую» засуху [2]. Для оценки всхожести семян в стрессовых условиях для хлопчатника был взят раствор сахарозы с осмотическим давлением 7 атм, для коровьего гороха – 7-9 атм, при изучении изменения в содержания хлорофилла использовали раствор сахарозы с осмотическим давлением 20 атм.

Результаты и их обсуждение. Как показали результаты исследований, в зависимости от генотипа, сортообразцы одного и того же вида существенно отличались амплитудой физиологического параметра при адаптивных процессах. Одинаковый по напряженности стресс, заметно изменяя физиологические показатели у одних сортообразцов, слабо влиял на другие. Динамика изменений всхожести семян при засухе исследованных сортобразцов хлопчатника вида G.hirsutum L. представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Всхожесть семян сортообразцов хлопчатника вида G.hirsutum L. при засухе

Используя кластер-анализ результатов исследования, была получена картина распределения некоторых сортообразцов хлопчатника вида G.hirsutum L. по степени устойчивости к засухе. Так, например, сортообразцы хлопчатника вида G.hirsutum L. S-5348, AzNIXI-170, Qedera 236, Aqdash-3, AzNIXI-142, AF-14 по показателям всхожести семян в растворе сахарозы проявили себя как высокоустойчивые к стрессу засухи. Депрессия всхожести семян в растворе сахарозы у этих образцов полностью отсутствует. Высокоустойчивые к стрессу засухи сортообразцы хлопчатника были сгруппированы в 3 кластере.

В исследование по изучению устойчивости к засухе была вовлечена и другая культура, являющаяся одной из важнейших зернобобовых культур – коровий горох. Первичная диагностика засухоустойчивости изучаемых образцов коровьего гороха определяли по всхожести семян в растворе сахарозы, что выявило различие во всхожести семян различных образцов. Так, если в контрольных вариантах всхожесть семян варьировала в пределах 85-100%, то у опытных растений – 68-100%. Образцы коровьего гороха К-259, К-3480, К-5390, К-267, К-268, у которых отмечена высокая всхожесть семян в стрессовых условиях (98-100%), выделены как устойчивые к засухе. Самая низкая всхожесть семян в стрессовых условиях отмечена для генотипов К-271, К-264, К-263. Семена этих образцов в растворе сахарозы проросли на 72-80%, в связи с чем эти образцы были отнесены к чувствительным генотипам. Способность семян засухоустойчивых образцов прорастать в условиях стресса отражает, с одной стороны, наследственное свойство прорастать при относительно меньшем количестве воды, с другой – наличие высокой сосущей силы, обеспечивающей быстрое поглощение нужного количества воды. Высокая сосущая сила семян обуславливает не только лучшее прорастание при недостатке влаги, но и формирование более мощной первичной корневой системы, что имеет важное значение для дальнейшей жизнедеятельности растений при засухе.

В следующей серии исследований было изучено изменение количества хлорофилла в условиях стресса засухи. У образцов К-3480 и К-267 под влиянием стресса засухи количество суммарного хлорофилла (a+b) в листьях уменьшилось на 13,5%-25,8% по сравнению с контролем. Эти образцы проявили себя как чувствительные к действию неблагоприятного фактора. Образцы К-1138, К-259, К-268, К-263 были выделены как высокоустойчивые к стрессовому воздействию. В этих образцах степень стресс-депрессии хлорофилла полностью отсутствовала.

Интересно было проследить связь между различными физиологическими параметрами – всхожестью семян и содержанием хлорофилла. Результаты исследований представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Связь между всхожестью семян и содержанием хлорофилла у образцов коровьего гороха

Таким образом, образцы хлопчатника и коровьего гороха, характеризующиеся как устойчивые к засухе по физиологическим показателям, рекомендованы для использования в различных селекционных программах. Диагностика устойчивости, совмещенная с исследованиями адаптивных возможностей, как тест важна и необходима для селекционных исследований.