ДОСЛІДЖЕННЯ КОЛЕКЦІЇ ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВИХІДНОГО МАТЕРІАЛУ З НИЗЬКИМ ПОГЛИНАННЯМ КАДМІЮ

Люлю Ву; Г. О. Жатова

doi:10.32845/agrobio.2022.1.1

Люлю Ву http://orcid.org/0000-0001-2345-6789
Г. О. Жатова http://orcid.org/0000-0002-8606-6750

DOI: https://doi.org/10.32845/agrobio.2022.1.1

Ключові слова: озима пшениця, колекція, цінні селекційні ознаки, низьке поглинання Cd, вихідний матеріал

Анотація

Озима пшениця є провідною культурою в Україні й світі та забезпечує харчові потреби людини. Провідні селекційні установи України вивчають колекції пшениці, що дає змогу виявити джерела та донори необхідних селекційних ознак та залучити їх до гібридизації. Для систематичної та успішної програми гібридизації має бути досягнуто глибоке розуміння генетичної архітектури врожайності рослин та інших важливих економічних характеристик. Одним із сучасних напрямків селекційної роботи є отримання вихідного матеріалу з низькою здатністю до накопичення важких металів, зокрема кадмію. Накопичення кадмію в грунті веде до його поглинання кореневої системою рослин та накочення в вегетативних та генеративних органах. Серед культур, які відзначаються високою здатністю до активного накопичення кадмію озима пшениця посідає одне з перших місць Нагальною необхідністю є мінімізація накопичення Cd у зерні пшениці. В багатьох країнах розробляються технічні рішення щодо зниження вмісту цього металу в насінні культури. Одним із можливих шляхів вирішення цієї проблеми є створення селекційних сортів, які характеризуються низькою здатністю накопичувати кадмій. Використовуються методи традиційної селекції: добір та гібридизація. Метою дослідження було встановлення селекційної цінності колекційних генотипів озимої пшениці різних за походженням, морфологічними та продуктивними параметрами, виділення та створення вихідного матеріалу для селекції. Польовий експеримент проводили на науково-дослідному полі Сумського НАУ. Вивчали 41 сорт пшениці озимої, оригінаторами яких є 7 основних селекційних центрів цієї культури в Україні. Було проаналізовано параметри росту (висота рослин) та площа листкової поверхні. Ці ознаки були пов’язані з такими параметрами продуктивності, як маса 1000 насінин, маса зерна на колос та врожайність. За результатами виділено зразки пшениці, які, поряд з високими параметрами продуктивності, мали низьку здатність до поглинання Cd (менше 1,2 мг/кг). До цієї групи входять сорти Охтирчанка Ювілейна, Світанок Миронівський, Мелодія Одеська, Кубок, Зорепад, Овідій, Щедра Нива, Октава Одеська та Славен. Ці зразки планується використовувати для подальшої селекційної роботи.

Посилання

1. Ashrafzadeh, S. & Leung, D.W.M. Development of Cadmium-Safe Crop Cultivars: A Mini Review. J. Crop Improv. 2016, 30, 107–117 doi: 10.1080/15427528.2015.1134743
2. Chen Q, Wu FB. Breeding for low cadmium accumulation cereals. J Zhejiang Univ Sci B. 2020;21(6):442–459. doi:10.1631/jzus.B1900576
3. Clarke, J. M.; Norvell, W. A.; Clarke, F. R. & Buckley, W. T. (2002) Concentration of cadmium and other elements in the grain of near-isogenic durum lines. Can. J. Plant Sci., 82, 27–33. doi: 10.4141/P01-083
4. Colla, B. C. & Mackill, D. J. (2008) Marker-assisted selection: An approach for precision plant breeding in the twenty-first century. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci., 363, 557–572. doi: 10.1098/rstb.2007.2170
5. Curtis, B. C., Rajaram, S. & Gómez Macpherson, H. (2002) Food and Agriculture Organization of the United Nations eds. Bread wheat: improvement and production. (Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations).
6. Dutta, M., Phogat, B. S., Kumar, S., Kumar, N., Kumari, J., Pandey, A. C. & Bansal, K. C. (2015). Development of core set of wheat (Triticum spp.) germplasm conserved in the National Genebank in India. In Y. Ogihara, S. Takumi, & H. Handa (Eds.), Advances in Wheat Genetics: From Genome to Field (pp. 33– 45). Tokyo: Springer. https://doi.org/10.1007/978-4-431-55675-6_ 4
7. Forster, B. P., Till, B. J., Ghanim, A. M. A., Huynh, H. O. A., Burstmayr, H. & Caligari, P. D. S. (2014) Accelerated plant breeding. CAB Rev., 9,1–16. doi:10.1079/PAVSNNR20149043
8. Hao, C. Y., Zhang, X. Y., Wang, L. F., Dong, Y. S., Shang, X. W., & Jia, J. Z. (2006). Genetic diversity and core collection evaluations in common wheat germplasm from the north western spring wheat region in China. Molecular Breeding, 17, 69–77. https://doi.org/10. 1007/s11032-005-2453-6
9. Hochman, Z. & Horan, H. (2018). Causes of wheat yield gaps and opportunities to advance the water-limited yield frontier in Australia. Field Crops Res. 228, 20–30. doi: 10.1016/j.fcr.2018.08.023
10. Huang, M., Zhou, S., Sun B. & Zhao, Q. (2008). Heavy metals in wheat grain: Assessment of potential health risk for inhabitants in Kunshan, China. Science of The Total Environment, 405(1-3), 54–61.
11. Hussain, S., Ulhassan, Z., Brestic, M., Zivcak, M., Weijun, Zhou, Allakhverdiev, S.I., Yang, X. , Safdar, M. E., Yang, W. & Liu, W. (2021) Photosynthesis research under climate change. Photosynthesis Research., 150(1–3)., 5–19. doi: 10.1007/s11120-021-00861-z
12. Griffiths, S. Simmonds, J., & Leverington, M. (2012). Meta-QTL analysis of the genetic control of crop height in elite European winter wheat germplasm. Mol. Breed. 29, 159–171. doi: 10.1007/s11032-010-9534-x
13. Liu, W.; Liang, L.; Zhang, X.; Zhou, Q. Cultivar variations in cadmium and lead accumulation and distribution among 30 wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. Environ. Sci. Pollut. Res. 2015, 22, 8432–8441 doi: 10.1007/s11356-014-4017-y
14. Lollato, R. P., Ruiz Diaz, D. A., DeWolf, E., Knapp, M., Peterson, D. E. & Fritz, Allan K. (2019). Agronomic practices for reducing wheat yield gaps: a quantitative appraisal of progressive producers. Crop Sci. 59(1), 333. doi: 10.2135/cropsci2018.04.0249
15. Methods of state varietal testing of crops / ed. VV Volkodav; State. Commission of Ukraine for Testing and Protection of Plant Varieties. Kyiv : Alefa, 2000, Issue. 1. 100.
16. Min Zhou&Zhengguo, Li.(2022) Recent Advances in minimizing cadmium accumulation in wheat. Toxics 10(4) 187. doi: 10.3390/toxics10040187
17. Naeem, A., Saifullah; Rehman, M. Z.-U.; Akhtar, T.; Ok, Y.S. & Rengel, Z. (2016) Genetic Variation in Cadmium Accumulation and Tolerance among Wheat Cultivars at the Seedling Stage. Commun. Soil Sci. Plant Anal., 47, 554–562. https://doi: 10.1080/00103624.2016.1141918
18. Rozbicki, J., Ceglińska, A., Gozdowski, D., Jakubczak, M., Cacak-Pietrzak, G., Mądry, W., Golbad J. Piechocińskia M., Sobczyńskia G., Studnickic M. & Drzazga T. (2015). Influence of the cultivar, environment and management on the grain yield and bread-making quality in winter wheat. J. Cereal Sci. 61, 126–132. doi: 10.1016/j.jcs.2014.11.001
19. Shewry, P. R. & Hey, S. J. (2015). The contribution of wheat to human diet and health. Food Energy Secur. 4, 178–202. doi: 10.1002/fes3.64
20. Slafer, G. A., Savin, R. & Sadras, V. O. (2014). Coarse and fine regulation of wheat yield components in response to genotype and environment. Field Crops Res. 157, 71–83. doi: 10.1016/j.fcr.2013.12.004
21. Stolt, P., Asp, H. & Hultin, S. (2010) Genetic variation in wheat cadmium accumulation on soils with different cadmium concentrations. J. Agron. Crop Sci., 192, 201–208.
22. Surabhi, Rana. (2015). Plant Response towards Cadmium Toxicity: An Overview. Annals of Plant Sciences, 4(07),1162–1172.
23. Vergine, M., Aprile, A., Sabella, E., Genga, A., Siciliano, M., Rampino, P., Lenucci, M.S., Luvisi, A. &Bellis, L. (2017) Cadmium Concentration in Grains of Durum Wheat (Triticum turgidum L. subsp. durum). J. Agric. Food Chem. 65, 6240–6246. https://doi: 10.1021/acs.jafc.7b01946
24. Yue, J.; Wei, X. & Wang, H. (2018) Cadmium tolerant and sensitive wheat lines: Their differences in pollutant accumulation, cell damage, and autophagy. Biol. Plant., 62, 379–387. doi: 10.1007/s10535-018-0785-4
25. Zaid, I.U., Zheng, X. & Li, X. (2018) Breeding Low-Cadmium Wheat: Progress and Perspectives. Agronomy, 8, 249. doi: 10.3390/agronomy8110249