Сельскохозяйственная биология, 2010, № 3, с. 49-53.

УДК 633.12:631.527:577.164.32

БИОЛОГИЧЕСКАЯ И СЕЛЕКЦИОННАЯ ЦЕННОСТЬ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА ГРЕЧИХИ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ РУТИНА

А.Г. КЛЫКОВ

В 2002-2007 годах в условиях Приморского края изучали сортообразцы гречихи с высоким содержанием рутина, относящиеся к трем видам — гречиха обыкновенная Fagopyrum esculentum Moench., гречиха татарская Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn и гречиха полузонтичная Fagopyrum cymosum Meissn. Показана изменчивость содержания рутина в зависимости от окраски растений. Выявлена взаимосвязь между содержанием рутина, морфологическими и хозяйственно ценными признаками.

Ключевые слова: гречиха, рутин, селекция, маркер, исходный материал.

В Приморском крае, который по природно-климатическим условиям относят к зоне неустойчивого земледелия, первая половина вегетации гречихи (июнь—июль) проходит при недостатке осадков или в условиях сильной атмосферной засухи. В период массового цветения—плодообразо-вания (август—сентябрь) выпадают обильные осадки (до 120 мм/сут), что приводит к вымоканию растений, полеганию и развитию корневых гнилей.
В этой связи основное направление селекционной работы с гречихой — получение адаптированных к местным условиям сортов, для чего  требуется поиск исходного материала с ценными селекционными, биологическими, хозяйственными показателями и маркерными признаками, позволяющими вести целенаправленный и эффективный отбор.
Приспособительные свойства растения реализуются в онтогенезе как морфоанатомические и физиолого-биохимические изменения (1). Важную роль в адаптации к неблагоприятным условиям среды, в усилении процессов биологического окисления, фотосинтеза, репродукции, энергетического обмена, иммунитета, в других жизненно важных функциях растительного организма играют флавоноиды — одна из многочисленных и распространенных групп фенольных соединений (2, 3). У гречихи это рутин, чем обусловлена необходимость получения сортов с его высоким содержанием.
К важным особенностям фенольных соединений относится возможность использовать их в качестве маркеров при хемотаксономических исследованиях. Так, на примере семейства Гречишные Г.И. Высочиной (4) показана эффективность применения флавоноидов в установлении филогенетических связей таксонов. Большое внимание привлекают флавоноиды в связи с проблемой фитоиммунитета. Изучение мировой коллекции гречихи (Всероссийский НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова — ВИР, г. Санкт-Петербург) на устойчивость к болезням показало, что высокое содержание рутина в листьях может служить маркерным признаком в селекции на устойчивость к грибным болезням (5).
В 1970-1980 годах Л.М. Моисеенко была проведена оценка более 2000 сортообразцов на содержание рутина (6). Позднее изучены факторы, влияющие на накопление рутина в растениях гречихи (срок посева, микроэлементы, удобрения, биологически активные вещества, динамика содержания рутина и продуктивность надземной массы в период вегетации и др.) (7). Однако функции фенольных соединений в растениях, в частности связь между содержанием рутина и морфологическими, биологическими, хозяйственно ценными признаками, остаются недостаточно изученными. Следует при этом учитывать ценность флавоноидов для медицины (источники антиоксидантов), пищевой промышленности (естественные красители) и других отраслей хозяйства.
Цель настоящего исследования — оценить исходный материал гречихи с высоким содержанием рутина по селекционно-хозяйственным показателям, в том числе установить связь между содержанием рутина, морфологическими, хозяйственно ценными признаками и изучить возможность использования окраски растения и зерна (ядрицы) в качестве маркера для отбора растений с высоким содержанием рутина.
Методика. Исследования проводили в Приморском крае в 2002-2007 годах. Для изучения были отобраны сортообразцы гречихи с высоким содержанием рутина в зеленой массе и плодах, относящиеся к видам гречиха обыкновенная Fagopyrum esculentum Moench., гречиха татарская F. ta-taricum (L.) Gaertn и гречиха полузонтичная F. cymosum Meissn. Образцы F. esculentum были представлены двумя районированными сортами — При 7 и Изумруд, а также сортом из конкурсного сортоиспытания Приморская 356, полученным в Приморском НИИ сельского хозяйства; F. tataricum — образцом к-62 из Канады, F. cymosum — образцом к-4231 из Индии. В течение 3 лет ежегодно проводили отбор растений гречихи по окраске из трех сортопопуляций При 7, Изумруд и Приморская 356, анализировали по 200 растений каждого сорта в 3 повторностях.
При оценке сортообразцов выполняли фенологические наблюдения по методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур (8). Для идентификации рутина использовали спектры ЯМР 1Н, которые регистрировали на спектрометре Bruker АС-250 (250.13 МГц для 1Н) («Bruker», Германия) в CDCl3 и ацетоне-d6. Масс-спектры получали на приборе LKB-9000S («LKB», Швеция) с прямым вводом при энергии ионизирующих электронов 18 и 70 эВ. Количество рутина определяли как описано (9).
Экспериментальные данные обрабатывали методами статистического и корреляционного анализа по Б.А. Доспехову (10).

Внутрисортовая изменчивость содержания рутина у растений гречихи в зависимости от окраски стебля и ветвей в период плодообразования: I, II, III и IV — соответственно зеленые, зелено-красные, красно-зеленые и красные растения; 1, 2 и 3 — соответственно сорта При 7, Изумруд и Приморская 356 (Приморский край, 2002-2007 годы).

Результаты. В настоящее время практически все сорта гречихи и образцы из коллекции ВИР представляют собой сложные популяции с широким генофондом признаков, в частности по окраске стебля и ветвей. Как показали исследования, у трех изученных сортопопуляций содержание рутина в растениях значительно варьирует, что позволяет выделить формы, различающиеся по этому биохимическому по-казателю (рис.).
Мы установили, что растения с красной окраской стебля и ветвей содержат больше рутина, чем растения с зеленой, зелено-красной и красно-зеленой. Так, содержание рутина у красных растений было на 26-64 % выше, чем у зеленых. Наибольшее варьирование этого показателя отмечали у сорта Приморская 356 (7,6-12,5 мг/г). Наличие такого полиморфизма в популяции свидетельствует о перспективности отбора на повышение содержания рутина.

 
При оценке растений сорта Изумруд с разной окраской органов по основным хозяйственно ценным признакам (табл. 1) оказалось, что формы с красной окраской стебля и ветвей, кроме высокого содержания рутина, выделяются по другим селекционно-хозяйственным признакам. Они отличались от растений исходного сорта Изумруд (стандарт) более мощным развитием, числом боковых ветвей 2-го порядка, толщиной 1-го междоузлия, числом зерен на растении. Нами разработан способ, позволяющий отбирать растения гречихи с высоким содержанием рутина в надземной массе по темно-красной окраске стеблей и ветвей в фазу плодообразования (11).

Продуктивность сортов гречихи и их устойчивость к полеганию при неблагоприятных условиях главным образом зависит от корнеобеспеченности единицы надземной массы и интенсивности ее роста в период цветение—плодообразование. Известно, что к началу цветения гречихи у 35-55 %корней поверхность не функционирует, в период массового цветения 2/3 корешков уже имеют темную окраску, а при побурении 75 %плодов корешки становятся темно-коричневыми. Для селекции на устойчивость к полеганию важно получить сорта с мощной корневой системой, сохраняющей свою физиологическую активность до конца периода вегетации. Сравнение динамики накопления надземной и корневой массы, корнеобеспеченности и содержания рутина в корнях у гречихи обыкновенной F. esculentum и гречихи татарской F. tataricum (табл. 2) показало, что за годы наблюдения наиболее приспособленными к условиям Приморского края были растения гречихи татарской F. tataricum, у которой в период цветения—плодообразования корни содержали в 2,6 раза больше рутина (8 мг/г) при корнеобеспеченности в 1,6 раза выше, чем у растений гречихи обыкновенной F. esculentum.
Следовательно, в подборе исходного материала для получения сортов гречихи, адаптированных к местным условиям, необходимо учитывать такой критерий, как содержание рутина в корнях.
У гречихи татарской выявили сильную положительную корреляцию между содержанием рутина в корнях, надземной, корневой массой и корнеобеспеченностью (для последнего показателя коэффициент корреляции был несколько меньше) (табл. 3). Это послужило основанием для разработки способа отбора растений гречихи на устойчивость к полеганию по трем показателям — окраске корневой системы, корнеобеспеченности и содержанию рутина в корнях (12). Было установлено, что растения гречихи с высокой устойчивостью к полеганию (5 баллов) в фазу плодообразования имеют жизнеспособную корневую систему (со светлой окраской), корнеобеспеченность не ниже 0,14 и содержание рутина в корнях не менее 6 мг/г.

Мы показали, что содержание рутина в ядрице гречихи обыкновенной F. esculentum было более чем в 200 раз ниже, чем у гречихи татарской F. tataricum (24 мг/г) и гречихи полузонтичной F. cymosum(11 мг/г). Следовательно, дикорастущие виды — гречиха татарская и полузонтичная представляют ценность как генетические источники в селекции на высокое содержание рутина в плодах. У гречихи обыкновенной, представленной сортами Изумруд и При 7, количество рутина соответственно составило 0,09 и 0,06 мг/г.
Изученные сортообразцы различались по окраске ядрицы: у плодов гречихи обыкновенной F. esculentum, представленной районированным сортом Изумруд, она светло-зеленная, При 7 — светло-коричневая, у гречихи татарской F. tataricum и полузонтичной F. cymosum — ярко выраженная желто-зеленая. Приведенные результаты согласуются с данными о важной роли рутина в приобретении плодами окраски (желто-зеленая предполагает повышенное содержание рутина) (13). Таким образом, окраска ядрицы у гречихи может служить предварительным маркером при визуальном отборе высокорутиновых форм и при выбраковке гибридного материала.
Итак, показана возможность использования морфологического (окраска ядрицы, корней, стебля и ветвей) и химического (содержание рутина) признаков как маркеров для отбора форм гречихи с высоким содержанием рутина и другими хозяйственно ценными свойствами, а также выявлена взаимосвязь между содержанием рутина, морфологическими и хозяйственно ценными признаками у форм растений, выделившихся по окраске.

Автор благодарит сотрудников Тихоокеанского института биоорганической химии ДВО РАН за проведение количественного анализа образцов.

Л и т е р а т у р а

1. Ж у ч е н к о  А.А. Адаптивная система селекции растений (эколого-генетические основы). М., 2001, т. 1.
2. З а п р о м е т о в  М.Н. Фенольные соединения: распределение, метаболизм и функции в растениях. М., 1993.
3. М и н а е в а  В.Г. Флавоноиды в онтогенезе растений и их практическое использование. Новосибирск, 1978.
4. В ы с о ч и н а  Г.И. Фенольные соединения в систематике и филогении семейства гречишных. Новосибирск, 2004.
5. А л е к с е е в а  Е.С.,  Ш е в ч у к  В.К.,  Ш е в ч у к  Т.Е. Селекция гречихи на устойчивость к патогенам. М., 1991.
6. М о и с е е н к о  Л.М. Изучение генофонда гречихи и создание высокопродуктивного  селекционного материала в условиях Дальнего Востока. Докт. дис. Пос. Тимирязевский, 2002.
7. К л ы к о в  А.Г. Изучение исходного материала гречихи с целью создания сортов с высоким содержанием рутина. Канд. дис. Благовещенск, 2000.
8. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М., 1989.
9. В ы с о ч и н а  Г.И.,  К у л ь п и н а  Т.Г.,  Б е р е з о в с к а я  Т.Н. Содержание флавоноидов в некоторых видах Polygonum L. секции Persicaria (Mill) DС флоры Сибири. Раст. ресурсы, 1987, 23(2): 229-234.
10. Д о с п е х о в  Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М., 1985.
11. К л ы к о в  А.Г.,  М о и с е е н к о  Л.М. Способ отбора растений гречихи с высоким содержанием рутина в надземной массе. Пат. на изобретение № 2255466. Опубл. 10.07.2005. Бюл. РФ № 19.
12. К л ы к о в  А.Г.,  М о и с е е н к о  Л.М. Способ отбора растений гречихи на устойчивость к полеганию. Пат. на изобретение ¹ 2201075. Опубл. 27.03.2003. Бюл. РФ № 9.
13. Ш е в ч у к  Т.Е. Fagopyrum giganteum Krot. — новый источник биологически активных флавоноидов. В сб.: Перспективы повышения урожайности и качества зерна гречихи. Кишинев, 1983: 124-127.

BIOLOGICAL AND SELECTION VALUE OF BUCKWHEAT INITIAL MATERIAL WITH HIGH CONTENT OF RUTIN

A.G. Klykov

In 2002-2007 years in the conditions of Primorskii region the author has studied the buck-wheat variants with high content of rutin, which belong to three species — Fagopyrum esculentum Moench., Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn and Fagopyrum cymosum Meissn. It was shown, that rutin content changes in connection with plant coloration. The correlation between rutin content, morphological and economic valuable determinants was revealed.

Key words: buckwheat, rutin, selection, marker, initial material.

Оформление электронного оттиска