Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Формовое разнообразие на юго-востоке, молекулярно-биологические особенности Armeniaca scop. Оренбуржья

ВАК РФ 03.02.01, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Формовое разнообразие на юго-востоке, молекулярно-биологические особенности Armeniaca scop. Оренбуржья"

На правах рукописи

4> /Р

САУДАБАЕВА Алия Жонысовна

ФОРМОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ НА ЮГО-ВОСТОКЕ, МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ARMENIA С A SCOP. ОРЕНБУРЖЬЯ

Специальность 03.02.01 - ботаника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

005060044

'3 О МАЙ 2013

Оренбург-2013

005060044

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор сельскохозяйственных наук Авдеев Владимир Иванович

Савин Евгений Захарович —

доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры ботаники и физиологии растений ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный педагогический университет» Гаврилюк Инна Павловна — доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник отдела биохимии и молекулярной биологии ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова

Государственное научное учреждение «Оренбургская опытная станция садоводства и виноградарства Всероссийского селекционно-технологического института садоводства и питомнико-водства Россельхозакадемии»

Защита состоится «f-P » 2013 г. в ¿¡¿f_f на заседании

диссертационного совета Д 212. 180. 02 при ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный педагогический университет» по адресу: 460844, г. Оренбург, ул. Советская, 19; тел. (факс) (3532) 77-24-32. E-mail: ibrae@ospu.i-u; http: //www.ospu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный педагогический университет».

Автореферат разослан « / У » Mj^ß-_2013 г.

Учёный секретарь / .

диссертационного совета Уу^

инская Наталья Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Виды абрикоса (Armeniaca Scop.) в практическом плане используются как ценные пищевые и декоративные растения. В ряде районов бывшего СССР (Кавказ, Средняя Азия и др.) абрикос выращивают в составе лесонасаждений, при озеленении населённых пунктов (Калинина, 1988; Витковский, 2003).

На территории Оренбуржья в результате активной интродукционной и селекционной деятельности местного населения сформировался Приуральский вторичный микроочаг происхождения культивируемого абрикоса (Авдеев, 2005). На востоке Оренбуржья (пгт Энергетик Новоорского района, г. Орск) он возник 45—50 лет назад, а за 15-20 последних лет стал быстро расширяться на юго-восток Оренбуржья. Есть данные, что на западе Оренбуржья абрикос появился более 60 лет назад (Авдеев, Стародубцева, 2010). Исходными видами при интродукции абрикоса в Оренбуржье послужили абрикос обыкновенный (Armeniaca vulgaris Lam.) и абрикос маньчжурский {Armeniaca mandshurica (Maxim.) Skvortz.), завезённые из Восточной Украины, Среднего Поволжья, реже - с Дальнего Востока Сейчас в существующих культигенных популяциях Оренбуржья преобладают гибриды этих видов (Авдеев, 2005; Авдеев, Шмыгарёва, 2006). Местный абрикос востока Оренбуржья в 2004-2008 гг. был объектом изучения В. В. Шмыгарёвой (2011 г.).

Абрикос востока Оренбуржья наиболее хорошо изучен. Так, за 1993— 2008 гг. отмечено резкое изменение местного сортимента по морфологическим, физиологическим и биохимическим признакам. Значительно улучшились помологические признаки, на 5-6°С (при длительных морозах до -40°С) увеличилась зимостойкость, сохранилась устойчивость к основным болезням. Деревья абрикоса проявляют выдающуюся устойчивость к заморозкам в фазе бутонизации (до —6°...-8°С). За 1993—2012 гг. в зависимости от районов урожайными были 15—16 лет. В сравнении с соседними Челябинской, Самарской областями России выросло в плодах абрикоса Оренбуржья на 2550% содержание сухого вещества, в 2—2,5 раза — Сахаров, в 2—6 раз — каротина. Содержание аскорбиновой кислоты составляет 8-19 мг/100 г. Масса плода наиболее крупноплодных форм Оренбуржья составляет ныне 30-41 г (Авдеев, 1999; Шмыгарёва, 2011; Стародубцева, 2012).

Существенные изменения при возделывании абрикоса в Оренбуржье отмечены и на уровне полипептидных (белковых, молекулярных) маркёров запасных белков семян. В частности, обнаружено быстрое исчезновение в культивируемых популяциях полипептида в позиции 47, маркирующего на электрофореграмме неустойчивость абрикосов к зимне-весеннему выпреванию (Авдеев, Гнусенкова, 2004). Пока же не изучена связь полипептидов с другими признаками.

Местный абрикос на юго-востоке Оренбуржья — молодая часть ареала, возникшая путём завоза семян в основном из востока Оренбуржья. Эта юго-

восточная часть ареала расположена в более суровых климатических условиях, в связи с этим следует ожидать здесь усиления адаптаций к низким температурам, засушливым условиям. Поэтому особую актуальность приобретают изучение формового разнообразия, выделение местных форм, исследование состава полипептидных маркёров абрикоса в этом регионе.

Цель и задачи исследования. Цель работы - изучение формового разнообразия на юго-востоке, состава белковых маркёров местного абрикоса на территории Оренбуржья.

В связи с этим решали нижеследующие основные задачи.

1. Обследовать садовые насаждения абрикоса на юго-востоке Оренбуржья, осуществить ботаническое и хозяйственное описание формового разнообразия местных абрикосов.

2. Выделить и изучить по помологическим, биохимическим признакам денные формы этих абрикосов, передать их селекционерам для закрепления в коллекциях.

3. Используя метод белкового маркирования, уточнить состав генофонда местного абрикоса в разных районах Оренбуржья, выявить изменение этого состава в засушливых условиях и связь полипептидных маркёров с некоторыми внешними признаками.

Научная новизна. Впервые выявлен формовой состав местного абрикоса на юго-востоке Оренбуржья по селекционным и морфобиологическим признакам. Уточнены локальные (популяционные) особенности состава белковых маркёров, его изменение как реакции на засушливые условия, выявлена связь отдельных компонентов маркёров с яркой покровной окраской плода.

Практическая ценность работы. Выделенные и изученные местные формы из юго-востока Оренбуржья обладают рядом ценных признаков (полевая засухоустойчивость, зимостойкость, урожайность деревьев, биохимический состав плодов и др.), их внедрение улучшит состав сортимента абрикоса Оренбуржья и других регионов. Наиболее ценные из них 4 формы в 2012 г. закреплены вегетативно в коллекции Оренбургской опытной станции садоводства и виноградарства ВСТИСП РАСХН. Материалы диссертационной работы могут быть использованы при изучении в вузах учебных курсов «Ботаника», ч. 1 и 2, «Дендрология», «Генетика» и других дисциплин.

Защищаемые положения

1. Наличие на территории юго-востока Оренбуржья ценного генофонда молодой части Приуральского вторичного микроочага происхождения культивируемого абрикоса.

2. Локальные, эколого-генетические особенности полипептидного состава запасных белков семян местного абрикоса на территории Оренбуржья. Апробация работы. Основные результаты исследований представлены

на международном симпозиуме «Приёмы повышения адаптивности косточковых культур, вопросы осеверения и расширения границ садоводства» (РФ, г. Челябинск, 2011 г.), на международной научной конференции «Роль

отрасли плодоводства в обеспечении продовольственной безопасности и устойчивого экономического роста» (Республика Беларусь, 2011 г.), на 4-й международной научно-практической конференции «Проблемы устойчивости биоресурсов: теория и практика» (РФ, г. Оренбург, 2012 г.), на 5-й международной конференции «Экологические особенности биологического разнообразия» (Республика Таджикистан, 2013 г.), на втором (г. Оренбург, 2012 г.) и третьем (г. Краснодар, 2012 г.) этапах тура Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых учёных вузов Министерства сельского хозяйства Российской Федерации в номинации «Биологические науки».

Публикация материалов исследования. По теме диссертации опубликованы шесть научных статей, в т.ч. две статьи (2011 и 2012 гг.) в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на JJJt СТР-компьютерного текста, состоит из введения, четырёх глав, выводов, практических рекомендаций, приложения. Содержит 14 таблиц, 7 рисунков, 14 цветных фотографий лучших форм абрикоса. Список использованной литературы включает 150 источников, из них 14 иностранных.

1 МЕТОДЫ БЕЛКОВОГО МАРКИРОВАНИЯ ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ (обзор литературы)

Метод маркирования растений с помощью запасных белков семян издавна и широко используется в теории и практике растениеводства, в ботанике, селекции, генетике. Как арбитражный метод, он был рекомендован Международной ассоциацией по семенному контролю (ISTA). Этот метод позволяет идентифицировать виды, популяции и другие таксоны высших растений, паспортизовать отдельные их культивары (сорта, формы).

Для решения проблем селекции, семеноводства часто применяют изоферментные системы, которые, однако, обладают нежелательной онтогенетической, тканевой либо органной специфичностью, а также изменчивостью в зависимости от температуры и кислотности среды, режима питания и пр. Это сильно снижает значимость полученных результатов, особенно при разработке стандартных и арбитражных методов (В. Конарев, 1998). В отличие от изоферментных систем запасные белки семян остаются неизменными в течение многих лет. Поэтому воспроизводимость результатов и повторяемость опытов по электрофорезу запасных белков семян хорошая (В. Конарев, 1983; Созинов, 1985). Белковые маркёры наряду с традиционной схемой (полевая апробация и др.) успешно используются для определения сортовой чистоты при семеноводстве и в семенном контроле. Метод позволяет вести отбор элитных растений и потомств. Белковое (полипептидное) исследование растений входит также в арсенал хемотаксономических методов изучения растений. Раньше на плодовых растениях использовали методику гель-электрофореза, разработанную на бобовых растениях (Тарлаковская и др.,

1990). Затем для плодовых растений применили методику по подсолнечнику, позднее — разработанную и апробированную во ВНИИР им. Н. И. Вавилова комбинированно-модифицированную методику (Авдеев, 2012).

В 1990-2012 гг. по маркёрам запасных белков семян плодовых растений выполнен большой объём работ. Были впервые изучены из семейства розанных 76 видов (слива, миндаль, вишня, абрикос, яблоня, груша, роза и др.) и 12 морфологически идентифицированных межродовых, межвидовых гибридов; из семейства крыжовниковых — 20 видов (смородина, крыжовник); из семейства Виноградовых - 3 вида (виноград, девичий виноград); из семейства ореховых -5 видов (орех). Также исследованы 190 местных форм абрикоса Оренбуржья, 105 сортов и форм абрикоса различного географического происхождения, 20 сортов смородины и крыжовника, 18 сортов и 18 культивируемых форм винограда настоящего и винограда амурского (Авдеев и др., 1992; Авдеев, 1997; Гнусенкова, 2003; Минаева, 2003; Авдеев, Гнусенкова, 2004; Шмыгарёва, Авдеев, 2010; Шмыгарёва, 2011; Авдеев, Саудабаева, 2013; и др.).

2 УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Климат юго-восточной части Оренбуржья, района полевых работ, является умеренно холодным, засушливым и резко континентальным. Лето -тёплое, зима холодная с устойчивым снеговым покровом, осадков в среднем 350 мм в год. Абсолютный максимум летом достигает + 40°, абсолютный минимум доходит до - 40...- 45°.

Объектами полевых обследований и камерального изучения были местные формы (особи, деревья) видов A. vulgaris, A. mandshurica и их многочисленные гибриды, произрастающие в приусадебных и дачных садах юго-восточной части Оренбуржья (Новоорский, Домбаровский, Ясненский и Светлинский районы). Изучаемые деревья были плодоносящими и разновозрастными.

Биохимические анализы плодов проводили в межкафедральной комплексной аналитической лаборатории ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет», электрофоретическое изучение запасных белков семян - в Лаборатории биохимии и молекулярной биологии ВНИИР им. Н.И. Вавилова (г. Санкт-Петербург-Пушкин).

Изучение формового разнообразия, биоморфологических особенностей, отбор и описание форм выполняли по общепринятым методикам (Витковский, Павлова, 1970; Денисов и др., 1988) с использованием специальных бланков ВНИИР им. Н. И. Вавилова и ряда научных пособий. Изучали в трёхкратной повторности в мякоти и семенах плодов отборных форм содержание сухого вещества, общих Сахаров, аскорбиновой кислоты (витамина С), каротина, а в семенах - дополнительно содержание масла, белка (Ермаков и др., 1972; Плешков, 1976), цинка, меди, марганца, свинца, железа и кальция (Алемасова и др., 2003). В свежесобранных плодах абрикоса из насаждений юго-востока Оренбуржья определяли аскорбиновую кислоту йодометрическим методом,

б

каротин — фотометрическим методом, масло — на аппарате Сокслета, общие сахара - перманганатным методом Бертрана, белок (протеин) - по Кьельдалю. Определение содержания металлов проводили на атомно-абсорбционном спектрометре «Спектр-5».

Подготовку семян, электрофорез запасных белков, регистрацию полученных полипептидных спектров по специальной шкале проводили на основе общепринятой международной методики 18ТА, описанной в пособии (Идентификация ..., 2000). При этом интенсивность окрашивания компонентов спектров оценивали по принятой 2-балльной шкале (1 балл - компоненты . слабой, 2 балла - компоненты сильной интенсивности). Статистическую обработку данных проводили с использованием общепринятых методов вариационной статистики (Зайцев, 1984).

3 БИОЛОГИЧЕСКАЯ И ПОМОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФОРМ АБРИКОСА НА ЮГО-ВОСТОКЕ ОРЕНБУРЖЬЯ

3.1 Морфобиологическая и селекционная характеристика, биоэкологические особенности местных форм абрикоса

Разнообразие местных абрикосов на востоке Оренбуржья является хорошо изученным на протяжении уже 20 лет, в том числе на западе Оренбуржья — последние 4 года (Авдеев, 1999; Шмыгарёва, 2011; Стародубцева, 2012), а морфобиологическая, селекционная характеристика и особенности местных форм абрикоса на юго-востоке Оренбургской области оставались неизвестными.

Ареал местных форм абрикоса на юго-востоке Оренбуржья является молодым. Местные формы абрикоса появились здесь в основном 15 — 22 года назад, возраст плодоносящих деревьев составляет 4-20 лет, преобладают деревья в возрасте 10 — 12 лет. Наиболее взрослые деревья произрастают в Новоорском районе, что близ г. Орска (отсюда они чаще и завозились). Абрикосы юго-востока имеют до 25% форм с сильно оттянутой вершиной листа, присущей абрикосу маньчжурскому, это свойственно и абрикосам из г. Орска. На западе Оренбуржья, по данным Е.П. Стародубцевой (2012 г.), число форм с этим признаком больше в 2 раза. Другими словами, абрикосы юго-востока по признакам листа заметно отличаются от абрикосов запада Оренбуржья и ближе к формам абрикоса востока Оренбуржья. Окраска листа на юго-востоке Оренбуржья бывает от светло-зелёной и, чаще, до тёмно-зелёной. Средняя высота плодоносящих деревьев составляет 2,9 м (от 1,9 до 4,8 м).

Масса плода на юго-востоке Оренбуржья составляет 9—29 г. До 2012 г. местные абрикосы цвели в конце апреля-начале мая на протяжении 5 — 6 дней при температуре + 17...+ 19°С, а в аномально жаркий 2012 г. их цветение проходило 17 — 22 апреля (местами - до 24 апреля) в течение 2 — 4 дней при высокой температуре воздуха, выше нормы на 7 — 8°С (Шмыгарёва, 2011;

Стародубцева, 2012). В 2012 г. отмечено измельчание плодов у многих форм абрикоса. На юго-востоке, востоке Оренбуржья, в сравнении со всеми предыдущими годами, плоды измельчали только на 8 - 20%, на западе же Оренбуржья - на 50-60%. До 44% форм юго-восточного Оренбуржья имеют жёлтую основную окраску плода, остальные формы - с плодами оранжевоокрашенными. При любой основной окраске на 70% преобладают формы с красным, розовым румянцем разной интенсивности, покрывающим 35-50% поверхности плода. До 53% деревьев имеют яйцевидную форму плода, около 31% - овальную, более редка округлая форма плода. На юго-востоке доля форм со слабой опушённостью кожицы плода составляет 79%, вдвое (50%) выше доля форм с волокнисто-слитной мякотью плода, чем на востоке.

Таблица 1 - Качественные признаки плода местных форм абрикоса, %

Признак плода В среднем за 2011—

2012 гг.

Форма: 16

плоскоокруглая, округлая

овальная 31

яйцевидная 53

Опушённость кожицы: 21

средняя

слабая 79

Основная окраска кожицы:

беловато-жёлтая (бледно-жёлтая) 2

жёлтая 52

оранжевая 46

Консистенция мякоти: 12

мучнистая

волокнистая 38

волокнисто-слитная 50

Плотность мякоти:

сильная 18

средняя 56

слабая 26

Сочность мякоти:

высокая и средняя (значительная) 66

слабая 24

Доля же форм с низкокачественной мучнистой консистенцией мякоти в обоих случаях составляет в среднем 12%. Все найденные формы являются горькосемянными. Однако на юго-востоке до 26% форм имеют рыхлую мякоть, тогда как на востоке такие формы абрикоса исчезли, но их было до 45% всего

15 лет назад (Шмыгарёва, 2011). Преобладают на юго-востоке формы абрикоса с мякотью среднеплотной (до 56% форм) и значительной сочностью (66% форм). Оценка вкуса составляет 1,5-4,8 балла (табл. 1 и 2). Однако на юго-востоке мякоть плода остаётся наименее плотной и сочной, чем у форм из г. Орска. Доля косточки (эндокарпия) в плодах составляет от 3 до 14% (средняя масса 1,25 г), тогда как на востоке - от 2,2 до 10,9% (средняя масса 1,15 г).

В качестве наиболее перспективных на юго-востоке Оренбуржья отобраны 19 форм с массой плода 18-29 г. Из них на основе наилучших морфологических и помологических показателей выбраны 14 отборных форм. Это в основном формы со слабо оттянутой верхушкой листовой пластинки и жёлтой основной окраской плода с румянцем. Мякоть кисло-сладкого и сладкого вкуса, иногда сладко-кислого и пресного, нередко встречаются формы с очень ароматичными плодами. Урожайность составляет обычно 35-75 кг с дерева, т.е. не выше, чем на западе Оренбуржья, но гораздо ниже, чем на востоке Оренбуржья.

Таблица 2 — Урожайность и количественные признаки плода местных форм абрикоса на юго-востоке Оренбуржья

Признак Данные за 2011-2012 гг.

Урожайность, кг с одного дерева М± т 30,00±1,14

min 10

тах 110

Высота плода, мм М±т 27, 30±0,27

min 15

тах 39

Ширина плода, мм М±т 20,50±0,21

min 16

тах 35

Толщина плода, мм М±т 25,00±0,24

min 14

тах 35

Масса одного плода, г М±т 18,80±0,23

min 9

тах 29

Вкус, баллов М±т 3,00±0,04

min 1,5

тах 4,8

Примечание: для анализа в таблицах 1 и 1 изучены 214 форм. Здесь и далее М -

среднее, т - его ошибка, тах - максимальное, min - минимальное значение признака.

У 11 лучших форм в 2011-2012 гг. в мякоти плода оказалось сравнительно невысокое содержание каротина (2,8-5,0 мг/100 г), суммарных

Сахаров (10-16%), витамина С (11-17 мг/100 г). На востоке же Оренбуржья содержалось 1,7-24,0 мг/100 г каротина, 13-19% сахарозы, 8-19 мг/100 г витамина С (Шмыгарёва, 2011). Но у ряда форм из юго-востока доля сухого вещества составила 31-35% (табл. 3), тогда как на востоке Оренбуржья максимально - 21%. Это самый высокий показатель в Оренбуржье, что дополнительно указывает на то, что в юго-восточной части Оренбуржья культигенная эволюция абрикосов идёт к сухофруктовому типу.

У абрикоса большую ценность представляют не только мякоть, но и семя (ядро) косточки плода. У сортов и форм абрикоса, выращиваемых в разных странах мира, семена содержат до 51% масла и до 30% белка (Витковский, 2003). На юго-востоке Оренбуржья был определён биохимический состав семян. Значение каротина составило от 3,1 до 6,5% мг/100 г, общих Сахаров -от 9,6 до 15,9%, доля сухого вещества - от 15,5 до 21,8%, витамина С - от 11,6 до 15,2%, суммарного белка - от 19,8 до 23,7%, невысыхающего жирного масла - от 39,5 до 49,1%. Для сравнения были проведены анализы семян разных лет. Например, у формы НОР-Скл-Ц-14/2-3 за 2009 г. белка было 22,1, за 2011 г. - 22,3, за 2012 г. - 23,5%, содержание масла в 2009 г. - 44,6, в 2011 г. -40,2, в 2012 г. - 42,5%. В 2012 и 2009 гг. лето было жарким и засушливым, но весной было много осадков, а в 2011 г. лето было дождливое. По данным В. В. Шмыгарёвой (2011), на востоке Оренбуржья в 2005 и 2007 гг. в семенах содержалось 34,9-35,6% белка, масла - 34,9-52,4%. Содержание тяжёлых металлов на юго-востоке не превышает нормы ПДК для Российской Федерации (Санитарные правила..., 1996), например, по свинцу (от 0,017 до 0,047 мг/кг), цинку (от 1,287 до 2,477 мг/кг), меди (от 0,145 до 0, 365 мг/кг), марганцу (от 0,143 до 0,184 мг/кг), железу (от 1,201 до 3,652 мг/кг), кальцию (от 19,365 до 47,365 мг/кг).

3.3 Отборные и перспективные формы местного абрикоса

В урожайные 2009 и 2011 гг. и менее урожайные, засушливые 2012 г. и особенно 2010 г. выявились преимущества местных абрикосов из Новоорского, Домбаровского районов. Их урожайность составила 30—70 кг с дерева, урожайными были даже молодые деревья. Это указывает на хорошую адаптацию местного абрикоса к экстремальным погодным условиям на юго-востоке Оренбуржья. Их биохимические показатели указаны в таблицах 3 и 4. В 2009-2012 гг., как отмечалось, в юго-восточном Оренбуржье отобрано 19 урожайных форм среднего срока созревания и с оценкой вкуса не менее 4,0 балла, из которых выделяем 14 лучших форм по урожайности, высоким биохимическим показателям и приводим краткое их описание. Возраст форм приводится по 2010 году.

Дб-ГФ-С-12/2-3. Дерево в возрасте 6 лет, высотой 4,0 м, крона овальная, листья продолговатые со среднеоттянутой верхушкой. Плоды оранжевые, мякоть слабой сочности, волокнисто-слитная, косточка средняя, хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 26 г. В сырой мякоти накапливается 30,8%

ю

сухих веществ, общих Сахаров - 15,1%, каротина - 4,1 мг/100 г, витамина С -12,5 мг/100 г. В семени содержится 19,3% сухих веществ, общих Сахаров -12,8%, каротина-4,8 мг/100 г, витамина С - 12,7 мг/100 г.

Дб-ГФ-Ц-8/1-8. Дерево в возрасте 18 лет, высотой 3,5 м, крона развесистая, листья крупные, верхушка сильнооттянутая. Плоды жёлтые, среднесочные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 21 г, в сырой мякоти - 26,2% сухих веществ, общих Сахаров - 14,5%, каротина - 4,5 мг/100 г, витамина С - 11,3 мг/100 г. В семени содержится 19,2% сухих веществ, общих Сахаров — 12,1%, каротина — 4,1 мг/100 г, витамина С - 12,9 мг/100 г.

Дб-ГФ-Г-2-4. Дерево в возрасте 9 лет, высотой 3,9 м, крона овальная, листья крупные, верхушка среднеоттянутая. Плоды жёлтые, среднесочные, высокоплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 23 г, в сырой мякоти — 17,5% сухих веществ, общих Сахаров - 12,1%, каротина-3,8 мг/100 г, витамина С - 13,8 мг/100 г.

Таблица 3 - Биохимические показатели мякоти лучших форм абрикосов

(2011-2012 гг.)

Формы (условное обозначение места сбора), число отборных форм Лимит показателя (на сырую массу)

сухие вещества, % общие сахара, % каротин, мг/100 г витамин с, мг/100 г

Ясненский район (Яс), 1 форма 21,8 16,1 4,0 11,9

Светлинский район (С), 1 форма 20,3 10,3 3,2 16,3

Домбаровский район (Дб), 5 форм 17,5-30,8 12,1-16,3 2,8-4,4 11,314,2

Новоорский район (НОР), 4 формы 18,4-35,0 11,6-15,5 3,1-5,0 10,717,4

Дб-ГФ-Г-3/2-10. Дерево в возрасте 11 лет, высотой 2,8 м, крона развесистая, листья крупные, верхушка среднеоттянутая. Плоды жёлто-зелёно-красные, среднесочные, высокоплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 19 г, в сырой мякоти — 26,3% сухих веществ, общих Сахаров - 13,1%, каротина - 2,8 мг/100 г, витамина С - 14,2 мг/100 г. В семени - 17,4% сухих веществ, общих Сахаров - 15,1%, каротина-6,5 мг/100 г, витамина С - 12,1 мг/100 г.

Яс-Ч-13-8. Дерево в возрасте 12 лет, высотой 3,0 м, крона овальная, листья крупные, верхушка слабооттянутая. Плоды жёлтые с красным румянцем около 1/3 поверхности, среднесочные, высокоплотные, мякоть волокнисто-

слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 26 г, в сырой мякоти — 21,8% сухих веществ, общих Сахаров - 16,1%, каротина — 3,9 мг/100 г, витамина С - 11,9 мг/100 г.

Яс-Ч-13-9. Дерево в возрасте 12 лет, высотой 2,9 м, крона овальная, листья крупные, верхушка среднеоттянутая. Плоды жёлтые с красным румянцем (около 1/3 поверхности), мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 26 г.

Таблица 4 - Биохимические показатели семени лучших форм абрикосов (2009-2012 гг.), %

Показатель Популяция

Новоорский р-н Домбаровский р-н Светлинский р-н

Содержание

масла 42,0 40,2 45,1

М 39,4 30,9

min 44,6 49,4

max

Содержание белка 22,5 20,9 20,7

М 21,3 19,8

min 23,7 21,9

max

НОР-Скл-Ц-14/2-3. Дерево в возрасте 4 лет, высотой 3,1 м, крона овальная, листья крупные, верхушка слабоотгянутая. Плоды жёлтые, среднесочные, среднеплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 23 г, в сырой мякоти - 34,9% сухих веществ, общих Сахаров - 14,9%, каротина - 3,1 мг/100 г. В семени - 19,1% сухих веществ, общих Сахаров - 13,9%, каротина - 5,3 мг/100 г, витамина С - 14,4 мг/100 г.

НОР-Скл-Ц-14/2-4. Дерево в возрасте 4 лет, высотой 3,0 м, крона овальная, листья крупные, верхушка слабоотгянутая. Плоды оранжевые, среднесочные, среднеплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 24 г, в сырой мякоти - 29,3% сухих веществ, общих Сахаров - 15,5%, каротина - 3,1 мг/100 г, витамина С - 13,3 мг/100 г. В семени - 16,3% сухих веществ, общих Сахаров - 14,4%, каротина -5,2 мг/100 г, витамина С - 13,6 мг/100 г.

НОР-Скл-Н-11/2-19. Дерево в возрасте 13 лет, высотой 2,9 м, крона развесистая, листья крупные, верхушка слабооттянутая. Плоды оранжевые, среднесочные, высокоплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 28 г. В семени - 19,4% сухих веществ, общих Сахаров - 13,1%, каротина - 3,6 мг/100 г, витамина С - 14,0 мг/100 г.

НОР-Скл-Ц-16/2-23. Дерево в возрасте 5 лет, высотой 3,9 м, крона овальная, листья крупные, верхушка слабооттянутая. Плоды жёлтые, среднесочные, среднеплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 20 г, в сырой мякоти - 24,9% сухих веществ, общих Сахаров - 11,6%, каротина - 4,8 мг/100 г, витамина С - 10,7 мг/100 г.

НОР-Скл-Ц-16/2-24. Дерево в возрасте 5 лет, высотой 3,7 м, крона овальная, листья крупные, верхушка слабооттянутая. Плоды жёлтые, среднесочные, высокоплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 20 г.

НОР-Скл-Ц-8/2-27. Дерево в возрасте 6 лет, высотой 3,5 м, крона овальная, листья крупные, верхушка слабооттянутая. Плоды оранжевые, среднесочные, среднеплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 21 г, в сырой мякоти - 18,4% сухих веществ, общих Сахаров - 13,9%, каротина - 5,1 мг/100 г, витамина С - 17,4 мг/100 г. В семени — 16,2% сухих веществ, общих Сахаров — 11,5%, каротина — 5,1 мг/100 г, витамина С - 13,2 мг/100 г.

С-П-1/2-2. Дерево в возрасте 10 лет, высотой 3,0 м, крона овальная, листья крупные, верхушка слабооттянутая. Плоды жёлтые, среднесочные, среднеплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 19 г. В семени — 18,3% сухих веществ, общих Сахаров -12,0%, каротина - 3,8 мг/100 г, витамина С - 12,5 мг/100 г.

С-П-5/1-1. Дерево в возрасте 12 лет, высотой 3,0 м, крона овальная, листья крупные, верхушка слабооттянутая. Плоды оранжевые, среднесочные, среднеплотные, мякоть волокнисто-слитная, косточка хорошо отделяется от мякоти. Масса плода 24 г, в сырой мякоти — 20,3% сухих веществ, общих Сахаров — 10,3%, каротина — 3,2 мг/100 г, витамина С ^ 16,3 мг/100 г.

За все 3 года исследования не установлены повреждения местных абрикосов вредителями и болезнями. Отмечены единичные поражения плодов сливовой плодожоркой.

4 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ФОРМ АБРИКОСА МЕТОДОМ БЕЛКОВОГО МАРКИРОВАНИЯ

За время исследований проанализированы электрофоретические спектры полипептидов запасных белков семян у 80 форм местного абрикоса, включая отборные формы. По разным частям Оренбуржья выявлены определённые компоненты полипептидного спектра общего (суммарного) генофонда. Так, в полипептидных компонентах юго-востока Оренбуржья выявлены 86, на западе - 88, а на востоке — 103 компонента.

Специфичными только для юго-востока Оренбуржья оказались два компонента в зоне основных полипептидов 128-глобулинов - это компоненты 101 и 110 (2,3% от общего числа). На западе специфичных компонентов оказалось четыре (4,5% от общего числа) - это компоненты в зоне 7S-глобулинов - 2, 4, 6, 8. Обнаружено шесть (5,8% от общего числа) следующих специфичных только для востока Оренбуржья компонентов: в зоне 7S-глобулинов — компонент 26; в зоне кислых полипептидов 128-глобулинов — компонент 55; в зоне основных полипептидов 128-глобулинов - компоненты 86,95,104,111.

Общими для востока и юго-востока являются 84 компонента (1, 3, 5, 7 и др.), общими для востока и запада - тоже 84 компонента (1, 3, 5, 7, 9 и др.), между юго-востоком и западом их было 79 компонентов. Всего в зоне 78-глобулинов на востоке обнаружено 28 компонентов, что соответственно на 25,0 и 3,5% больше, чем на юго-востоке и западе. В зоне кислых полипептидов 128-глобулинов обнаружено на востоке 46 компонентов, что на 13,0% больше, чем на юго-востоке и западе. В зоне основных полипептидов 128-глобулинов на востоке обнаружено 29 компонентов, что на 13,0 и 27,6% больше, чем на юго-востоке и западе.

Считается, что белковые маркёры мало изменяются под влиянием экологических факторов (В. Конарев, 1987). Однако этот факт слабо изучен на древесных растениях и совсем не исследован на абрикосе. Поэтому были изучены электрофореграммы (ЭФ) семян отборных форм местного абрикоса Оренбуржья, формировавшихся в разные по метеорологическим условиям годы: в 2010 г. (резко засушливом и жарком) и 2011 г. (близким к норме). Из данных таблицы 5 видно, что в 2010 г. на ЭФ число компонентов было меньше на 9-19%, чем в 2011 г., т.е. при засухе часть компонентов исчезает. Это, прежде всего, компоненты 78-глобулинов и те компоненты, которые расположены в зоне кислых 128-глобулинов. В 2010 г. на ЭФ у форм абрикоса отмечены 43—51 компонент, а в 2011 г. их было на 5-7 компонентов больше (табл. 5). Из оставшихся компонентов по годам установлены снижение или, наоборот, усиление интенсивности ряда компонентов в разных зонах ЭФ. Доля таких варьирующих компонентов составляет 20-35%. Существуют также экологически стабильные по годам единые у всех форм компоненты -5,1, 11, 12, 15, 16, 25, 26, 27, 30, 34, 35, 39, 44, 51, 52, 53, 54, 57, 59, 61, 67, 69, 72, 77, 78, 80, 81, 90, 91, 93, 94, 96. Учитывая то, что формы абрикоса юго-востока в засушливый 2010 г. показали выдающуюся устойчивость, не снизив при этом массу плода, эти экологически стабильные по годам тридцать три компонента (табл. 5) являются маркёрами полевой устойчивости к засухе.

В процессе обследования местных абрикосов были выделены формы с сильным покровным румянцем плода. Это формы, растущие в совершенно разных частях Оренбуржья: Ок-Ж-2, Э-ВМД-1 (восток) и Дб-ГФ-Г-3/2-10 (юго-восток Оренбуржья) (табл. 6). Яркий, сильный покровный румянец очень редок среди сортов и форм A. vulgaris, а он обычен для культиваров, типа A. mandshurica, растущих в Оренбуржье.

Таблица 5 - Варьирование по годам некоторых полипептидных спектров местных оренбургских форм абрикоса (первая строка интенсивности компонентов — данные за 2010 г., вторая строка — за 2011 г.)

Позиции компонентов по шкале (1 балл - слабой, 2 балла — сильной интенсивности)

78-глобулины, компоненты

1 | 3 | 5 | 7 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28

Фо рма НОР-Скл-Н-11/2-19, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 1 1 1 1 2 1 1 2 2 2 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2

Фо рма НОР-Скл-Ц-16/2-22, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 2

Форма С-Е-4-3, пгт Светлый Светлинского района, юго-восток Оренбуржья

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1 2

1 1 - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2

128-глобулинов, кислые полипептиды

29 | 30 1 31 | 32 33 1 34 1 35 1 36 1 37 1 38 1 39 1 41 ] 42 1 43 1 44 1 45 1 46 1 47 1 48 1 49 1 50 | 51

Форма НОР-Скл-Н-11/2-19, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1

2 2 1 2 2 1 1 2 1 1 1

Фо рма НОР-Скл-Ц-16/2-22, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1

2 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 ' 2 1 2 1 1

Форма С-Е-4-3, пгт Светлый Светлинского района, юго-восток Оренбуржья

2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2

2 2 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1 1 1

52 53 54 55 56 57 59 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 72 74 75 76 77

Фо рма НОР-Скл-Н-11/2-19, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 2 2 2 1 1 2 2 1 1 2

1 2 2 2 1 1 1 1 2 1 2 2 2

Фо рма НОР-Скл-Ц-16/2-22, Новоорский район, восток Оренбуржья

1 1 2 1 1 1 2 2 2 2 2

I 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 2 1 2

Форма С-Е-4-3, пгт Светлый Светлинского района, юго-восток Оренбуржья

1 1 2 1 2 1 2 2 1 2

1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2

Примечание: не приведены следующие основные и кислые полипептиды 128-глобулинов: у формы НОР-Скл-Н-11/2-19 — компоненты 81, 93, 96, 101 (по 2 балла), 105 (по одному баллу) и 85, 87 (2010 г. - 2 балла, 2011 г. - 1 балл); у формы НОР-Скл-Ц-16/2-22 - компоненты 78, 80, 81, 94, 96, 101 (по 2 балла), 87, 91, 110 и 112 (по одному баллу); у формы С-Е-4-3 -компоненты 79, 97, 101 (2010 г. - 2 балла, 2011 г. - 1 балл), 81, 85, 87, 90, 91, 94, 110 и 112 (по одному баллу).

Формы Ок-Ж-2, Э-ВМД-1 имеют в зоне радикала от А. тапЛякипса соответственно компоненты 82, 86 или 82, 84, форма Дб-ГФ-Г-3/2-10 - только компонент 82 (табл. 6). Такая редкая покровная окраска плода связана у

15

местных форм абрикоса Оренбуржья с компонентом 82, полученным от А. тапйькипса. Эти ярко окрашенные формы мелкоплодны (масса плода 10—19 г), но урожайные и не имеют негативного компонента 47.

Таблица 6 — Полипептидный состав спектров абрикоса с ярко окрашенными

плодами

Название формы Позиции компонентов 128-глобулинов по специальной шкале

80 82 83 84 86 87 89 90 91 92

Ок-Ж-2, оранжевая с сильным красным румянцем 2 2 1 2 1 1

Э-ВМД-1, жёлто-зелёная с сильным красным румянцем 1 1-2 2 2 1 1

Дб-ГФ-Г-3/2-10, жёлто-зелёная с сильным красным румянцем 1-2 1 1

93 94 96 98 99 100 102 104 110 112

Ок-Ж-2, то же 2 2 1

Э-ВМД-1, то же 1 1 2 1 1 1

Дб-ГФ-Г-3/2-10, то же 2 1 1 1 1

Отметим, что компоненты 82, 86 встречаются и у ряда других форм, но у них компонент 82 имеет интенсивность в 1 балл (слабую). В. В. Шмыгарёва (2011 г.) впервые отметила, что в условиях Оренбуржья наблюдается быстрое вытеснение компонентов А. тапсЫгипса, что привело к резкому нарастанию доли одноцветных (оранжевоплодных) форм. Редкость ярко окрашенных форм подтверждают наши данные.

У каждой из форм Оренбуржья отмечено значительное число полипептидных компонентов: на востоке - это 41 компонент (формы Нор-Скл-Ц-14/2-3, Э-1-2) и 42 компонента (Ок-В-63), до 50 компонентов (Ок-Н-1-5, НОР-Скл-Ц-14/2-4, НОР-Скл-Ц-8/2-27, Э-Сц-Пк-1), на юго-востоке - также 41 компонент (Дб-ГФ-Г-3/2-10) и до 51 компонента (Дб-ГФ-Г-8/1-8, С-12/3-3). На востоке Оренбуржья слабые компоненты (1 балл) составляют 57%, среди 7Б-глобулинов их практически в 2 раза больше, чем 128-глобулинов.

На юго-востоке области доля слабых компонентов составляет 71%, среди 78-глобулинов этих слабых компонентов в 3 раза больше, чем сильных, а во всём спектре слабых компонентов в 2,5 раза больше, чем сильных. Итак, резкое преобладание (в 1,5 раза) доли слабых компонентов отличает абрикосы юго-

востока от остальных районов. Доля 78-глобулинов в спектре ЭФ во всех регионах области равна 35%. Установлено, что на юго-востоке местные формы абрикоса в засушливые годы не снижают своей продуктивности (урожайность, масса плода), значительно превосходя по продуктивности формы абрикоса на востоке в 2—3 раза, на западе Оренбуржья - в 4-5 раз.

ВЫВОДЫ

1. Впервые была обследована культигенная популяция абрикоса на юго-востоке Оренбургской области. Обнаружилось, что ареал местных форм абрикоса является молодым. Наиболее взрослые деревья произрастают в Новоорском районе, близ Орска, более молодые - во всех остальных районах. На юго-востоке Оренбуржья описаны 214 деревьев. Средний возраст плодоносящих деревьев составляет 4—22 года, преобладают деревья в возрасте 10-12 лет. Средняя высота плодоносящих деревьев составляет 2,9 м (от 1,9 м до 4,8 м). Масса плода на юго-востоке Оренбуржья изменяется от 9 до 29 г. Доля косточки (эндокарпия) в плодах составляет от 3 до 14% (средняя масса 1,25 г). До 52% форм юго-восточного Оренбуржья имеют жёлтую основную окраску плода, остальные формы с плодами оранжевоокрашенными. При любой основной окраске на 70% преобладают формы с красным, розовым румянцем (в разной степени), покрывающим 35-50% поверхности плода. До 53% деревьев имеют яйцевидную форму плода, около 31% - овальную, более редка округлая форма плода. По изученным помологическим признакам плода (более плотная мякоть, улучшенные её консистенция, вкус и др.) из форм местного абрикоса были выбраны 19 лучших, приближающихся по свойствам к сортовым. Однако в местах обследования пока не обнаружены формы со сладким семенем косточки (эндокарпия).

. 2. В плодах местных абрикосов обнаружено значительное содержание запасных и биологически активных веществ. В околоплоднике накапливается 17—34% сухих веществ, в т.ч. Сахаров — 10—16%, отмечены средние значения каротина (от 2,8 до 5,0 мг/100 г), обычные для абрикоса значения витамина С (8-19 мг/100 г). По содержанию сухих веществ формы юго-востока намного превосходят сорта и формы абрикоса востока и запада Оренбуржья. В семенах накапливается суммарного белка в 1,5-1,8 раза меньше, чем на востоке, а содержание невысыхающего жирного масла меньше не более чем на 6%. Содержание каротина в семенах составило от 3,1 до 6,5 мг/100 г, Сахаров — от 9,6 до 15,9%, доля сухого вещества — от 15,5 до 21,8%, витамина С - от 11,6 до 15,2%. Показатели содержания тяжёлых металлов в семенах: свинец (от 0,017 до 0,047 мг/кг), цинк (от 1,287 до 2,477 мг/кг), медь (от 0,145 до 0, 365 мг/кг), марганец (от 0,143 до 0,184 мг/кг), железо (от 1,201 до 3,652 мг/кг), кальций (от 19,365 до 47,365 мг/кг) — не превышают нормы ПДК для РФ. На юго-востоке Оренбуржья, в сравнении со всеми предыдущими годами, в 2012 г. плоды измельчали на 8-10%, что меньше, чем на западе Оренбуржья, в 4—5 раз. По

биохимическим и хозяйственно-селекционным признакам выделены и описаны 14 лучших форм.

3. Методом электрофореза запасных белков семян на юго-востоке, востоке, западе Оренбуржья изучено 80 местных форм абрикоса. У этих форм отмечены 41—58 полипептидных компонентов. По числу общих компонентов формы из юго-востока и востока Оренбуржья ближе на 6%, чем формы из юго-востока и запада. Эта незначительная разница по зонам Оренбуржья связана с высокой общностью сложившегося в настоящее время генофондов местных форм абрикоса. В полипептидных компонентах юго-востока Оренбуржья выявлены 86, на западе - 88, а на востоке - 103 компонента. Специфичны только для юго-востока Оренбуржья два компонента в зоне основных полипептидов 128-глобулинов — это компоненты 101 и 110 (2,3% от общего числа). На западе специфичных компонентов оказалось четыре (4,5% от общего числа) — это компоненты в зоне 78-глобулинов - 2, 4, 6, 8. Обнаружено шесть (5,8% от общего числа) следующих специфичных только для востока Оренбуржья компонентов: в зоне 78-глобулинов - компонент 26; в зоне кислых полипептидов 128-глобулинов — компонент 55; в зоне основных полипептидов 128-глобулинов - компоненты 86, 95, 104, 111.

4. В остро засушливые годы (2010 г.) снижается на 9-19% число компонентов, чем в годы, близкие к норме (2011 г.). У оставшихся компонентов на 20-35% выявлены в эти разные годы снижение или, наоборот, усиление ряда компонентов в разных зонах ЭФ. Основная часть компонентов по годам стабильна, из них едиными являются тридцать три компонента изо всех зон ЭФ.

5. У изученных форм яркая покровная окраска плодов связана с интенсивным компонентом 82 из зоны основных полипептидов 128-глобулинов, характерным для форм Armeniaca mandshurica. Редкость этой яркой окраски подтверждает данные предыдущих исследователей об исчезновении в процессе культигенной эволюции абрикоса в Оренбуржье компонентов A. mandshurica.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

По урожайности, низкорослости (3,5—4,5 м), высокому содержанию сухого вещества, витамина С в плодах, волокнисто-слитной консистенции их мякоти, декоративным плодам рекомендуются для культивирования и селекции формы Дб-ГФ-Г-3/2-10, НОР-Скл-Ц-14/2-3; по урожайности, низкорослости, высокому качеству мякоти плода, более крупной величине плода — формы Яс-4-13-8 и НОР-Скл-Н-11/2-19;

Форма Дб-ГФ-Г-2-4 перспективна в селекции на высокое качество сочной мякоти, содержащей до 17,5% сухих веществ, до 12,1% сахарозы, при массе плода - 23 г.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Авдеев, В.И., Генофонд местного абрикоса Оренбуржья (Приуралье) / В.И. Авдеев, А.Ж. Саудабаева // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - Оренбург, 2011. - № 2. - С. 234-238.

2. Саудабаева, А.Ж. Местный абрикос на юго-востоке Оренбуржья / А.Ж. Саудабаева // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - Оренбург, 2012. -№ 5 (37). - С. 252-254.

Публикации в журналах, сборниках и материалах конференции

3. Авдеев, В.И. Сравнительный анализ адаптации по полипептидным маркёрам у абрикосов Оренбуржья / В.И. Авдеев, А.Ж. Саудабаева // Приёмы повышения адаптивности косточковых культур, вопросы осеверения и расширения границ садоводства: материалы международного симпозиума. -Челябинск, 2011.-С. 45-52.

4. Авдеев В.И. Местные абрикосы Оренбуржья / В.И. Авдеев, А.Ж. Саудабаева, Е.П. Стародубцева // Сборник научных трудов Южноуральского НИИ плодоовощеводства и картофелеводства «Селекция, семеноводство и технология плодово-ягодных культур и картофеля». - Челябинск, 2011.-Т. XIII.-С. 66-74.

5. Авдеев В.И. Белковые маркёры культивируемого абрикоса Оренбуржья / В.И. Авдеев, А.Ж. Саудабаева // Роль отрасли плодоводства в обеспечении продовольственной безопасности и устойчивого экономического роста: материалы международной научной конференции. - Беларусь, Самохваловичи, 2011.-С. 73-77.

6. Авдеев, В.И. Сравнительное исследование плодовых видов растений подсемейств сливовых и ореховых методом электрофореза запасных белков семян / В.И. Авдеев, А.Ж. Саудабаева // Вестник Оренбургского государственного педагогического университета. Электронный научный журнал. -Оренбург, 2013. -№ 1. ISSN 2303-9922. http: //www.vestospu.ru

САУДАБАЕВА Алия Жонысовна

ФОРМОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ НА ЮГО-ВОСТОКЕ, МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ARMENIACA SCOP. ОРЕНБУРЖЬЯ

Специальность 03.02.01 - ботаника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Подписано в печать 16.05.2013. Формат 60x80/16. Усл. печ. л. 1,0. Печать трафаретная. Бумага офсетная. Заказ № 6543. Тираж 100 экз.

Издательский центр ОГАУ 460014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18. Тел.: (3532) 77-61-43

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Саудабаева, Алия Жонысовна, Оренбург

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный

университет»

04201362590 На правах рукописи

и

Саудабаева Алия Жонысовна

ФОРМОВОЕ РАЗНООБРАЗИЕ НА ЮГО-ВОСТОКЕ, МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ARMENIACA SCOP. ОРЕНБУРЖЬЯ

Специальность 03. 02. 01. - ботаника

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук

Авдеев В. И.

Оренбург - 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ БЕЖОВОГО МАРКИРОВАНИЯ ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ (Обзор литературы) 7

ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Общая характеристика климата юго-востока Оренбуржья 31

2.2. Объекты и методика исследования 42 ГЛАВА 3. БИОЛОГИЧЕСКАЯ И ПОМОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФОРМ АБРИКОСА НА ЮГО-ВОСТОКЕ ОРЕНБУРЖЬЯ

3.1. Морфобиологическая и селекционная характеристика, биоэкологические особенности местных форм абрикоса 46

3.2. Отборные и перспективные формы абрикоса 54 ГЛАВА 4. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕСТНЫХ ФОРМ АБРИКОСА МЕТОДОМ БЕЖОВОГО МАРКИРОВАНИЯ 61 ВЫВОДЫ 80 ПАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 83 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 84 ПРИЛОЖЕНИЕ 101

Актуальность темы. Виды абрикоса {Armeniaca Scop.) в практическом плане используются как ценные пищевые и декоративные растения. В ряде районов бывшего СССР (Кавказ, Средняя Азия и др.) абрикос выращивают в составе лесонасаждений, при озеленении населённых пунктов [Ковалёв, 1963 ; Калинина, 1983; Смыков, 1989, 1997; Горина, 1995; Ерёмин, 1998; Витковский, 2003].

На территории Оренбуржья в результате активной интродукционной и селекционной деятельности местного населения сформировался Приуральский вторичный микроочаг происхождения культивируемого абрикоса [Авдеев и др., 1998; Авдеев, 2005]. На востоке Оренбуржья (пгт Энергетик Новоорского р-на, г. Орск) он возник 45-50 лет назад, а за 15-20 последних лет стал быстро расширяться юго-восток Оренбуржья. Есть данные, что на западе Оренбуржья абрикос появился более 60 лет назад [Авдеев, Стародубцева, 2010]. Исходными видами при интродукции абрикоса в Оренбуржье послужили абрикос обыкновенный {Armeniaca vulgaris Lam.) [Лазарев, Чеснокова, 1966] и абрикос манчжурский [Armeniaca mandshurica (Maxim.) Skvortz.], завезённые из Восточной Украины, Среднего Поволжья, реже - с Дальнего Востока. Сейчас в существующих культигенных популяциях Оренбуржья преобладают гибриды этих видов [Авдеев, 20026; Авдеев, 2005; Авдеев, Шмыгарёва, 2006]. Местный абрикос востока Оренбуржья был объектом изучения В. В. Шмыгарёвой [2011].

Абрикос востока Оренбуржья наиболее хорошо изучен. Так, за 1993— 2008 гг. отмечено резкое изменение местного сортимента по морфологическим, физиологическим и биохимическим признакам. Значительно улучшились помологические признаки, на 5-6°С (при длительных морозах до -40°С) увеличилась зимостойкость, сохранилась устойчивость к основным болезням. Деревья абрикоса проявляют выдающуюся устойчивость к заморозкам в фазе бутонизации (до -6°...-8°С).

За 1993-2012 гг. в зависимости от районов урожайными были 15-16 лет. В сравнении с соседними Челябинской, Самарской областями России выросло в плодах абрикоса Оренбуржья на 25-50% содержание сухого вещества, в 22,5 раза - Сахаров, в 2-6 раз - каротина [Гасымов, 2000, 2005, 2008]. Содержание аскорбиновой кислоты составляет 8-19 мг/100 г. Масса плода наиболее крупноплодных форм Оренбуржья составляет ныне 30—41 г [Авдеев, 1999а, 2002а, 2010; Шмыгарёва, 2011; Стародубцева, 20126].

Существенные изменения при возделывании абрикоса в Оренбуржье отмечены и на уровне полипептидных (белковых, молекулярных) маркёров запасных белков семян. В частности, обнаружено быстрое исчезновение в культивируемых популяциях полипептида в позиции 47, маркирующего на электрофореграмме неустойчивость абрикосов к зимне-весеннему выпреванию [Авдеев, Гнусенкова, 2004а]. Пока же не изучена связь полипептидов с другими признаками.

Местный абрикос на юго-востоке Оренбуржья - молодая часть ареала, возникшая путём завоза семян в основном из востока Оренбуржья. Эта юго-восточная часть ареала расположена в более суровых климатических условиях, в связи с этим следует ожидать здесь усиления адаптаций к низким температурам, засушливым условиям. Поэтому особую актуальность приобретают изучение формового разнообразия, выделение местных форм, исследование состава полипептидных маркёров абрикоса в этом регионе.

Цель и задачи исследования. Цель работы - изучение формового разнообразия на юго-востоке, состава белковых маркёров местного абрикоса на территории Оренбуржья.

В связи с этим решали нижеследующие основные задачи.

1. Обследовать садовые насаждения абрикоса на юго-востоке Оренбуржья, осуществить ботаническое и хозяйственное описание формового разнообразия местных абрикосов.

2. Выделить и изучить по помологическим, биохимическим признакам ценные формы этих абрикосов, передать их селекционерам для закрепления в коллекциях.

3. Используя метод белкового маркирования, уточнить состав генофонда местного абрикоса в разных районах Оренбуржья, выявить изменение этого состава в засушливых условиях и связь полипептидных маркёров с некоторыми внешними признаками.

Научная новизна. Впервые выявлен формовой состав местного абрикоса на юго-востоке Оренбуржья по селекционным и морфобиологическим признакам. Уточнены локальные (популяционные) особенности состава белковых маркёров, их изменения как реакции на засушливые условия, выявлена связь отдельных компонентов маркёров с яркой покровной окраской плода.

Практическая ценность работы. Выделенные и изученные местные формы из юго-востока Оренбуржья обладают рядом ценных признаков (полевая засухоустойчивость, зимостойкость, урожайность деревьев, биохимический состав плодов и др.), их внедрение улучшит состав сортимента абрикоса Оренбуржья и других регионов. Наиболее ценные из них 4 формы в 2012 г. закреплены вегетативно в коллекции Оренбургской опытной станции садоводства и виноградарства ВСТИСП РАСХН. Материалы диссертационной работы могут быть использованы при изучении в вузах учебных курсов «Ботаника», ч. 1 и 2, «Дендрология», «Генетика» и других дисциплин.

Защищаемые положения.

1. Наличие на территории юго-востока Оренбуржья ценного генофонда молодой части Приуральского вторичного микроочага происхождения культивируемого абрикоса.

2. Локальные, эколого-генетические особенности полипептидного состава запасных белков семян местного абрикоса на территории Оренбуржья.

Апробация работы. Основные результаты исследований представлены на международном симпозиуме «Приёмы повышения адаптивности косточковых культур, вопросы осеверения и расширения границ садоводства» (РФ, г. Челябинск, 2011 г.), на международной научной конференции «Роль отрасли плодоводства в обеспечении продовольственной безопасности и устойчивого экономического роста» (Республика Беларусь,

2011 г.), на 4-й международной научно-практической конференции «Проблемы устойчивости биоресурсов: теория и практика» (РФ, г. Оренбург,

2012 г.), на 5-й международной конференции «Экологические особенности биологического разнообразия» (Республика Таджикистан, 2013 г.), на втором (г. Оренбург, 2012 г.) и третьем (г. Краснодар, 2012 г.) этапе тура Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов, аспирантов и молодых учёных вузов Министерства сельского хозяйства Российской Федерации в номинации «Биологические науки».

Публикация материалов исследования. По теме диссертации опубликованы 6 научных статей, в т.ч. 2 статьи (2011 и 2012 гг.) в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ БЕЛКОВОГО МАРКИРОВАНИЯ ЦВЕТКОВЫХ

РАСТЕНИЙ (Обзор литературы)

Метод маркирования растений с помощью запасных белков семян издавна и широко используется в теории и практике растениеводства, в ботанике, селекции, генетике. Как арбитражный метод он был рекомендован Международной ассоциацией по семенному контролю (ISTA). Этот метод позволяет идентифицировать виды, популяции и другие таксоны высших растений, паспортизовать отдельные их культивары (сорта, формы) [В. Конарев, 1983, 1980, 1987; Cooke, 1988, 1998; Авдеев и др., 1992; Идеи Н. И. Вавилова ..., 2012]. Использование молекулярных маркёров помогает также в выяснении внутривидовых связей, охране авторских прав селекционеров, анализе родства видов, в контроле за включением нужных генотипов во время процесса селекции, в оценке доли участия того или иного исходного материала при создании новых форм растений, при документации и регистрации в виде белковых формул районированных и снятых с районирования сортов, незаменим при создании баз данных сортов по белковым маркёрам, при определении оригинальности сорта, а также его происхождения [А. Конарев , 2006аб]. При решении проблемных вопросов селекции и семеноводства применяются изоферментные системы, которые, однако, обладают онтогенетической, тканевой или органной специфичностью, а еще и изменчивостью в зависимости от температуры и кислотности среды, режима питания и пр. Все это резко понижает значимость полученных результатов, особенно при разработке стандартных и арбитражных методов [Молекулярно..., 1993; А. Конарев, 1998]. Запасные белки семян в отличии от изоферментных систем остаются неизменными у одних и тех же сортов. Поэтому воспроизводимость результатов и повторяемость опытов по электрофорезу запасных белков семян хорошая [В. Конарев, 1983, 2001, 2007; Созинов, 1974, 1975, 1985, 1993; Копусь и др., 2004; Благовещенский, Александрова, 1974; Фрайфелдер, 1980; Кларк, Рассел, 2004; и мн. др.].

7

Работа по идентификации сортов и регистрации имеющегося генофонда различных культур при помощи белковых маркёров начаты во ВНИИР им. Н. И. Вавилова в конце 60-х годов XX века. В течении многих лет отдел молекулярной биологии этого института принимает участие в разработке и внедрении стандартных арбитражных методов идентификации сортов электрофорезом запасных белков семян, которые были включены в Международные правила семенного контроля по пшенице, ячменю, райграсу, гороху, кукурузе, овсу, подсолнечнику, рапсу, хлопчатнику и свёкле [А. Конарев и др., 2000; 2002; А. Конарев, Хорева, 2000; табл.1].

Таблица 1 - Результаты деятельности ВНИИР им. Н.И. Вавилова по изучению и регистрации генетических ресурсов растений с использованием

белков семян в качестве маркёров (по: [А. Конарев, 2006])

Число изученных и Издано

Название рода зарегистрированных

сортов и каталогов методиче-

видов дикорастущих белковых ских

популяций формул указаний

1 2 3 4 5

Пшеница 20 4300 12 4

Ячмень 17 255 1 3

Рож 7 180 1

Овёс, тритикале 191 215500 1 3

Кукуруза 1 410 2 1

Рис 17 1776

Соя 28 155

Пыреи 40 120

Житняк 4 25

Колосник 8 17

Овсяница 50 26 1

Плевел 9 168 1

Ежа, мятлик, 330131 1731201260 1

другие злаковые

Фасоль, другие 8811844 102510300 1

бобовые,

картофель

Свёкла 13 300 2

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5

Капуста, лук, амарант 20275 209 18 105 1

Подсолнечник, лён 306 70040 2 2

Гречиха 4 150

Плодовые, ягодные 332113 333160

Цитрусовые 13 47

В начале 70-х годов В. Г. Конаревым, И. П. Гаврилюк и Н. К. Губаревой, во ВНИИР им. Н.И.Вавилова была разработана номенклатура компонентов электрофоретических спектров глиадина, запасного белка зерновки пшеницы [В. Конарев, 1974; ВтНик, 1978; Алпатьева, Губарева, 1998]. Основное отличие данной номенклатуры заключается в том, что она основывается на результатах всестороннего изучения внутривидовой изменчивости маркерного белка-проламина в мировой коллекции. В дальнейшем эта идея была применена для запасных белков семян большого количества важнейших культур. При использовании эталонного спектра, составленного для культур, можно записать спектр всех образцов, сортов, биотипов, в виде белковых формул [Рекомендации..., 1989; Зеленская, 2003; Зеленская и др., 2004]. Вначале это было сделано для большинства родов злаков, в которые входят важнейшие зерновые и кормовые культуры (табл. 2). Затем был составлен единый (эталонный) спектр проламинов злаков триб пшеницевых (ТгШсеае), овсовых (Ауепеае), тимофеевковых (РЫееае) и мятликовых (Роеае). Данный спектр был основан на доскональном изучении спектров проламинов нескольких десятков тысяч отдельных семян (генотипов), который включает все возможные позиции данного белка. Далее, рабочий эталонный спектр проламина был составлен для каждой культуры [Цвелёв, 1976; Сидорова и др. 1987; Кагр, 1997а, 19976; А. Конарев, 1994, 1998; Пенёва и др.1998; Перчук, 1999].

Таблица 2 - Стандартные методы электрофореза белков в семенном контроле, принятые КТА, МСХ СССР, МСХ РФ (1983-1988-2002-2008 гг.); 1988 г. - рекомендации НТС Госагропрома СССР (по: [А. Конарев, 2000])

Культура Метод Авторы Статус

Пшеница Электрофорез в ПААГ, рН 3,2 ВИР, ИОГен, 18ТА-83, мсх-88-02

Ячмень Электрофорез в ПААГ, крахмале, рН 3,2 ВИР, ИОГен, 18ТА- 83, МСХ-88-02

Овёс Электрофорез в ПААГ, рН 3,2 ВИР, 18ТА-86, мсх-88-02

Кукуруза Электрофорез в ПААГ, крахмале, рН 3,2, Изофокусирование ВИР, ВСГИ, 18ТА-86, мсх-88-02

Рожь, тритикале Электрофорез в ПААГ, рН 3,2 ВИР МСХ-83-02

Ежа, овсяница, Электрофорез в ПААГ, рН 3,2 ВИР, МСХ

плевел 19882002

Фасоль, чечевица, вика, горох, бобы Электрофорез в ПААГ^З), рН 8,6 ВИР МСХ 19882002, 18ТА-86

Подсолнечник, рапс Электрофорез в ПААГ(8Б8), рН 8,6 ВИР МСХ 19882002

Капуста, морковь, Электрофорез в ПААГ(808), рН 8,6 ВИР МСХ

редис, перец, кабачок, огурец, 19882002

лук

Свёкла Электрофорез в ПААГ(808), рН 8,6 ВИР МСХ 19882002

Но необходимо учитывать, что маркирование качественных и количественных признаков растений (урожайность, иммунитет, качество, окраска, форма плодов и т.д.) всегда оставалось крупной проблемой, мирового масштаба.

Сравнительно легче всего было получать молекулярные паспорта. Что связано с генетической сложностью таких признаков, и с вытекающим отсюда неумением «читать» электрофореграммы полученные при электрофорезе запасных белков семян, увязывать конкретные полипептидные компоненты с внешними таксономическими и хозяйственно-ценными признаками [Авдеев, 2002в, 2011]. В. Г. Конарев [2001] предложил некоторые методологические пути решения этой серьёзной проблемы на примере злаков, имеющих наиболее простые полипептидные спектры проламинов, нежели довольно сложные спектры глобулинов двудольных растений. Например, для сортов озимой мягкой пшеницы выявлены маркёры зимостойкости [Определение..., 1975; Губарева, Алпатьева, 2002]. В последнее время у некоторых сортотипов абрикоса (двудольные растения) также выявляются маркёры гипотермической эволюции [Авдеев, 2012а]. Однако молекулярная биология, селекция и генетика растений находятся только в начале своего пути решения этой проблемы, а для её полного разрешения понадобится несколько лет.

Одним из затруднений является то, что полипептидные компоненты на

полученных электорофореграммах (ЭФ) тех же злаков являются не только

видоспецифичными, но и сортоспецифичными [В. Конарев, 2001].

Выявленные, например, компоненты какого-либо ценного признака

(содержания белка в зерновке злаков, иммунитета растения и т.д.) у одного

сорта могут оказаться несколько иными у другого сорта, а тем более другими

у сортов, принадлежащих к разным видам. Поэтому чтобы установить связи

белковых (полипептидных) маркёров с морфологическими, физиолого-

биохимическими признаками, нужен анализ весьма значительной выборки

родственных сортов. Но для этого необходимо располагать специальной

11

коллекцией сортов, форм или, же банком данных, какие есть, например, во ВНИИР им. Н. И. Вавилова. Многие сорта и формы злаков -культивируемых, сорных или дикорастущих, - растущих, например, в Оренбургской области не изучены по белковым маркёрам. В связи с этим в первую очередь необходимо получить их электрофореграммы запасных белков семян и затем сопоставить с изученными сортами.

Другим затруднениям является слабая разработанность методики электрофореза запасных белков семян для целого ряда ранее неисследованных видов, в частности проса (Panicum L.). Для сортов проса посевного и образцов проса сорного в Оренбургской области изучены только лишь сравнительные отличительные морфологические признаки [Красавин, 2002]. В частности, у изученной сорной формы 10-96 зерновка коричневой окраски, семя без кожуры грязно-жёлтой окраски, а у культивируемой формы проса посевного 412-10 семя - жёлтой окраски. Установлено, что при их скрещивании доминирует грязно-жёлтая окраска семени, а расщепление в F2 соответствует моногенному двухаллельному контролю этого признака [Красавин, 2002]. Таким образом, среди форм, похожих на сорное просо с грязно-жёлтой окраской семени, часть из них (до 50%, согласно Второму закону Менделя) являются гибридами (гетерозиготами) проса сорного с обычным культивируемым (посевным) просом. Налицо генетическое «загрязнение» сортов проса со стороны сорных родичей, и это надо учитывать при их генетической идентификации по белковым маркёрам. Отметим, что на основе метода ДНК-маркёров (RAPD, ISSR) не выявлены специфичные для сорных форм проса фрагменты ДНК, хотя сорные и культивируемые растения проса были изуч