ОЦЕНКА КОЛИЧЕСТВА ПИГМЕНТОВ СОРТОВ ТАБАКА С РАЗЛИЧНОЙ ОКРАСКОЙ ЛИСТЬЕВ

Баранова Е. Г.

Кандидат биологических наук, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий»

ОЦЕНКА КОЛИЧЕСТВА ПИГМЕНТОВ СОРТОВ ТАБАКА С РАЗЛИЧНОЙ ОКРАСКОЙ ЛИСТЬЕВ

Аннотация

В статье приведены результаты оценки количества основных пигментов в вегетирующих листьях табака сортов с различной окраской листьев, проведено сравнение  изменения их в течение онтогенеза; определение количества пигментов в определённых фазах вегетации позволяет выявить генетические различия между сортами с визуально одинаковой окраской листьев.

Ключевые слова: сорта табака, пигменты, окраска листьев.

Baranova E. G.

 PhD in Biology, Federal State Scientific Establishment, All-Russian Research Institute of tobacco, makhorka and tobacco products

VALUATION AMOUNT OF PIGMENTS TOBACCO VARIETIES WITH DIFFERENT COLOR OF LEAVES

Abstract

The article presents results of evaluation of the amount of the main pigments in vegetans leaves of tobacco varieties with different leaf color, the comparison of changes during ontogenesis; determining the amount of pigment in specific phases of the growing season reveals the genetic differences between varieties with identical visual coloration of the leaves.

Keywords: tobacco varieties, pigments, color of leaves.

Исследование межсортовых различий и внутривидовой изменчивости количества пигментов, фенотипическим индикатором которых является окраска листа вегетирующих листьев растений, актуальна в биологических экспериментах. Хлорофилл «а» и «в» -  наиболее важные для растений формы хлорофилла, обеспечивающие их основное развитие и определяющие интенсивность фотосинтеза.

Сорта табака разных сортотипов отличаются по окраске вегетирующих и зрелых листьев, темпам их созревания, что обусловлено разной скоростью разложения хлорофилла в течение онтогенеза [1]. Быстрый распад хлорофилла при созревании листьев является полезным признаком и  позволяет сократить время послеуборочной обработки листьев и их сушки.

Фенотипическое проявление жёлтой окраски в онтогенезе  неодинаково у форм табака  с различной генетической структурой: в рассадный период, в фазе роста, а также в фазах бутонизации и цветения (при физиологическом созревании листьев, у большинства сортов табака). Желтолистные и зеленолистные сорта различаются по характеру накопления и разрушения пигментов, варьированию их количества в онтогенезе. Образование хлорофилла зависит от влияния многих генов, что обусловлено сложной природой фотосинтетического аппарата. У табака и других культур описаны спонтанные и индуцированные мутации, влияющие на синтез пигментов. Для более точного определения генетических различий между сортами табака с различными оттенками желтой окраски и с визуально одинаковой окраской, целесообразно определение количества пигментов и характера их изменения в листьях в течение вегетации.

Цель данной работы состояла в  установлении: критериев различий между генетическими системами сортов с широким спектром окраски листа; степени различий в содержании пигментов у сортов с одинаковым фенотипическим проявлением окраски листа.

Для создания исходного материала, сочетающего комплекс хозяйственно-ценных признаков с желтолистностью (обусловленной быстрым распадом хлорофилла в листьях), проведено изучение  изменчивости количества пигментов в вегетирующих листьях шести сортов табака разных сортотипов, с контрастно различающимися морфо-биологическими признаками и разной окраской листьев. Их скрещивали по полной диаллельной схеме, а также с сортами-тестерами: Самсун Красноцветковый (тёмно-зеленолистный) и Крупнолистный (зеленолистный). По предварительным данным сорта имеют рецессивные (Берлей 21, Дюбек Ходасевича, Иммунный 580 золотистый) и доминантные (Лехия, Юбилейный, Оха Парада) гены желтой окраски листа, которая проявляется независимо от наступления физиологической или технической зрелости листьев и имеет разные оттенки в течение онтогенеза.

Количество пигментов (хлорофилл «а», «в», «а+в», отношение «а»/»в», каротиноиды, отношение каротиноиды/ «а+в») определяли на спектрофотометре СФ-16 в ацетоновом экстракте, по Мак-Кини [2, 3], в вегетирующих листьях табака (фазы роста 10-го листа, бутонизации, полного цветения, созревания коробочек). Статистическую обработку данных проводили по Рокицкому [4] и методами  Microsoft Excel-95.

Анализ данных о количестве пигментов показал (таб. 1; рис.1) у всех сортов преобладание хлорофилла «а», по сравнению с хлорофиллом «в» и каротиноидами. В фазе роста количество хлорофилла «а» у сортов составило 4,1-7,3 мг/л (исключение – Иммунный 580 золотистый – 2,8 мг/л); хлорофилла «в» - 0,4-1,4 мг/л; каротиноидов – 1,4-3,7 мг/л. Максимум каротиноидов отмечен в фазе роста для шести сортов, кроме Иммунный 580 золотистый и Крупнолистный.

Максимальное количество пигментов отмечено  у тёмно-зеленолистного сорта Самсун Красноцветковый и желто-зеленолистного Оха Парада (хлорофилл «а», хлорофилл «в», сумма хлорофилла «а+в», каротиноиды); и Иммунный 580 золотистый (хлорофилл «а», фаза бутонизации). У сортов Дюбек Ходасевича и Юбилейный 8, с – количество пигментов, в целом, было минимальным (таб. 1).

Таблица 1 -  Содержание пигментов у сортов табака с разной окраской листа, мг/л

Сорт	Хлорофилл «а»			Хлорофилл «в»			Каротиноиды
	1*	2	3	1	2	3	1	2	3
Лехия	5,0	4,5	1,8	0,9	2,2	0,5	2,9	2,3	1,1
Самсун Красноцветковый	5,7	10,5	7,0	1,2	3,9	3,1	3,7	2,7	1,0
Берлей 21	5,4	5,1	2,5	1,1	0,7	0,6	2,6	2,2	1,6
Оха Парада	7,3	10,8	3,5	1,2	3,4	1,4	2,9	2,8	1,5
Дюбек Ходасевича	4,1	0,8	0,6	0,8	0,4	0,3	2,1	0,6	0,4
Юбилейный 8	5,3	2,0	0,9	1,4	0,4	0,3	2,5	1,2	0,6
Иммунный 580 золотистый	2,8	9,5	4,0	0,3	2,2	1,3	1,4	1,9	1,1
Крупнолистный	4,7	5,8	4,2	1,2	1,5	1,7	2,2	2,5	1,2

* фазы вегетации: 1 - рост; 2 – бутонизация; 3 – полное цветение  

Количество пигментов в течение вегетации у сортов и их гибридов проходило, большей частью, параллельно. Общие закономерности сохранялись по годам. Наибольшее количество хлорофилла «а» отмечено у сорта Оха Парада в стадиях роста и бутонизации (7,3 и 10,8 мг/л), а также у сорта Самсун Красноцветковый на всех стадиях вегетации (5,7; 10,5 и 7,0 мг/л). У сорта Иммунный 580 золотистый высокий уровень хлорофилла «а» отмечен в стадии бутонизации (9,5 мг/л). В быстро созревающих (желтеющих) листьях сорта Дюбек Ходасевича хлорофилл «а» распадается уже в фазе бутонизации, достигая минимума в данной группе сортов (0,8-0,7 мг/л). У сорта Юбилейный 8 распад хлорофилла «а» отмечен в стадии цветения (0,9 мг/л).

Максимум накопления суммы зеленых пигментов отмечен в первой фазе вегетации (формирование 10-го листа) у сортов Лехия, Дюбек Ходасевича и Юбилейный, а в третьей (полное цветение) – у сортов Оха Парада и Иммунный 580 золотистый. Максимум накопления пигментов у сорта Берлей 21 отмечен в фазах роста и бутонизации, а у сорта Самсун Красноцветковый – в фазах бутонизации и цветения. Распад хлорофилла наблюдали с третьей фазы (полное цветение) и в четвёртой (созревание коробочек).

Рис. 1 – Содержание пигментов  у сортов табака с разной окраской листа; графики сверху вниз: Оха Парада, Самсун Красноцветковый,  Иммунный 580 золотистый, Крупнолистный, Берлей 21, Лехия, Юбилейный 8, Дюбек Ходасевича

 

У зеленолистного сорта Крупнолистный количество всех пигментов было на среднем уровне в данной группе сортов. Минимум количества всех пигментов отмечен у сорта  Дюбек Ходасевича. У сорта Иммунный 580 золотистый  светло-жёлто-зелёная окраска проявлялась в рассадный период и в фазе бутонизации, в начале созревания листьев, что свидетельствует о сложном характере наследования количества пигментов.

Количество всех пигментов было выше у темно-зеленолистного сорта Самсун Красноцветковый, чем у зеленолистного сорта Крупнолистный. В то же время, сорт Оха Парада, желто-зеленолистный при созревании, накапливал больше пигментов, чем зеленолистные сорта, а также отличался наибольшим количеством хлорофилла «а» в фазах роста и бутонизации.

Таким образом, повышенное содержание пигментов может иметь место не только у зеленолистных сортов табака, но и у желтолистных в фазе роста и бутонизации.

По результатам дисперсионного анализа доля влияния генотипа на изменчивость пигментов у сортов, в целом, составила 64-95%. Достоверно меньше контроля  (тёмнозеленолистный Самсун Красноцветковый) количество пигментов имели сорта с ранним проявлением желтой окраски листьев: Берлей 21, Дюбек Ходасевича, Иммунный 580 золотистый (хлорофилл «а», хлорофилл «в», сумма хлорофилла «а+в», каротиноиды); Крупнолистный (хлорофилл «в», сумма хлорофилла «а+в», каротиноиды); Юбилейный 8 (хлорофилл «а», сумма хлорофилла «а+в»); Лехия (каротиноиды). Таким образом, достоверно меньшее количество пигментов в данной группе сортов, по сравнению с тёмно-зеленолистным контролем, имели сорта с рецессивными, а также с доминантными генами желтой окраски листьев.

В целом,  по большей части полученных данных, меньшее накопление пигментов отмечено у сортов с рецессивными аллелями желтой окраски листа, а максимальное – у тёмно-зеленолистного Самсун Красноцветковый и сортов с доминантными аллелями желтой окраски листа. Сорт Иммунный 580 золотистый  показывал и меньшее, и большее накопление  пигментов, в зависимости от фазы вегетации. Значения производных признаков (отношение хлорофилла «а»/ «в» и отношение каротиноиды/ « а+в» ) варьировали и у желтолистных, и у зеленолистных сортов.

Количество пигментов у гибридов, как правило, было выше значений исходных сортов. Размах варьирования количества пигментов был различным в разные фазы; в фазах роста и созревания коробочек варьирование уровня хлорофилла «в» и каротиноидов  было незначительным.

Таким образом, установлено, что сорта с доминантными аллелями жёлтой окраски листьев содержат достаточно высокое количество зелёных пигментов. Максимум накопления хлорофилла «а» и «в» у сортов с доминантными и рецессивными генами жёлтой окраски приходился на первую фазу вегетации (42 дня от посадки) и снижался через 97 дней от посадки. У зеленолистных сортов максимум накопления хлорофилла приходился на вторую фазу (82 дня от посадки), а низкое содержание зелёных пигментов отмечалось через 162 дня от посадки. Исключение составил сорт Лехия, у которого максимум накопления хлорофилла «в» и суммы хлорофиллов пришёлся на вторую фазу (82 дня от посадки), и сорт Крупнолистный, у которого максимум хлорофилла «в» отмечен в третьей фазе (97 дней от посадки). Максимум накопления каротиноидов выявлен у всех сортов в первой фазе вегетации, а у сорта Крупнолистный – во второй фазе. Распад хлорофилла «а» происходил относительно резко и быстро, а распад хлорофилла «в» - более плавно, каротиноидов - ступенчато.

Диаллельный анализ двулетних данных по содержанию хлорофилла в вегетирующих листьях табака показал, что по содержанию разных пигментов все сорта имели преимущественно более 50% доминантных аллелей. Наибольшее содержание доминантных аллелей (более 75%) из определяющих признак, имели сорта:  Крупнолистный, Самсун Красноцветковый, Лехия, Иммунный 580 золотистый – хлорофилл «а»;  Крупнолистный, Дюбек Ходасевича, Оха Парада, Юбилейный, Иммунный 580 золотистый – хлорофилл «в»; Крупнолистный, Берлей 21, Юбилейный – каротиноиды. Взаимодействие генных систем, определяющих разные пигменты в разные фазы вегетации, происходило, в основном, по типу комплементарного эпистаза с различными эффектами: аддитивного действия генов, неполного доминирования в локусах или сверхдоминирования.

Установлено, что в фазе бутонизации (и начала цветения) различия в содержании зелёных пигментов в листьях среднего яруса (третьей ломки) достаточно велики и обнаруживаются визуально, поскольку в этой фазе у большинства сортов табака начинается их техническое созревание, сопровождаемое распадом пигментов. Поэтому, определение количества пигментов в этой фазе целесообразно для установления различий между фенотипически похожими сортами.

Использованный метод определения количества пигментов в вегетирующих листьях табака позволяет достоверно оценить их количество, и выявить различия между сортами с визуально одинаковой окраской листьев.

Литература

1. Huszar J. Genetic analysis of the different chlorophyll types of tobacco. Biologia (Bratislava), 34, 3, 1979.- p. 219-225.
2. Гавриленко В.Ф., Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. Фотосинтез. Дыхание. М.: Высшая школа, 1975.- с.130-131.
3. Баславская С.С., Трубецкова О.М. Практикум по физиологии растений. М.: Изд-во МГУ, 1964.- с.148-150.
4. Рокицкий П.Ф. Биологическая статистика. Минск, Вышейшая школа, 1973.- 320 с.

References

1. Huszar J. Genetic analysis of the different chlorophyll types of tobacco. Biologia (Bratislava), 34, 3, 1979.- p. 219-225.
2. Gavrilenko V.F., Ladygina M.E., Handobina L.M. Bol'shoj praktikum po fiziologii rastenij. Fotosintez. Dyhanie. M.:Vysshaja shkola, 1975.- s.130-131.
3. Baslavskaja S.S., Trubeckova O.M., Praktikum po fiziologii rastenij. M.: Izd-vo MGU, 1964.- s.148-150.
4. Rokickij P.F. Biologicheskaja statistika. Minsk, Vyshejshaja shkola, 1973. - 320 s.