Secale cereale L. - Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

Secale cereale L. - Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych

ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 517: 149-158
śYWOTNOŚĆ ZIARNIAKÓW PRZECHOWYWANYCH
W BANKU I OCENA WYBRANYCH OBIEKTÓW
KOLEKCJI śYTA ZWYCZAJNEGO (Secale cereale L.)
Łuczak,
Puchalski
Wiesław
Maciej
Niedzielski,
Anna
Martyniszyn,
Jerzy
Zakład Oceny i Ochrony RóŜnorodności Roślin,
Ogród Botaniczny - Centrum Zachowania RóŜnorodności Biologicznej
Polskiej Akademii Nauk w Warszawie
Wstęp
W dobie szybkiego postępu technologicznego i intensyfikacji produkcji rolniczej, wskutek wprowadzania nowych wydajnych odmian, występuje proces
określany jako erozja genetyczna, czyli uboŜenie zasobów genowych [HAWKES i
in. 2000]. Na przykład LUGO [1988] szacuje, Ŝe w okresie od 1988 roku przez
dwadzieścia lat zginie bezpowrotnie 15–20% gatunków roślin uprawnych.
Przyczynia się do tego równieŜ to, Ŝe 90% produkcji Ŝywności na świecie
pochodzi z uprawy tylko 30 gatunków roślin. W zastraszającym tempie giną
odmiany lokalne, np. w Chinach w 1949 roku uprawiano 10 000 odmian
pszenicy, zaś w 1970 roku pozostało ich tylko 1000.
Ochrona róŜnorodności genetycznej organizmów Ŝywych regulowana jest
przez szereg aktów prawnych i konwencji międzynarodowych: „Konwencja o
RóŜnorodności Biologicznej” [COP-4 1998] i międzynarodowy traktat „Zasoby
Genowe Roślin dla śywności i Rolnictwa” [FAO 2002], jak i na szczeblu
poszczególnych krajów sygnatariuszy, np. „Program ochrony zasobów
genowych dla Ŝywności i rolnictwa w Polsce” <www.ihar.edu.pl/gene_bank>.
Zasoby genowe mają tym większe znaczenie, im są dokładniej
scharakteryzowane z punktu widzenia zabezpieczenia naturalnej zmienności,
jak i oceny wartości uŜytkowej [ŚWIĘCICKI 1998; ŚWIĘCICKI, PODYMA 1998].
śyto, mimo tendencji zmniejszania się powierzchni jego uprawy, jest
nadal jedną z najwaŜniejszych roślin zboŜowych w Polsce, pozostając w
uprawie na powierzchni 1,5 mln ha w roku 2005 [GUS 2005]. Największy udział
w światowym areale jego uprawy przypada na Europę i Azję i w tych rejonach
występuje największa róŜnorodność genetyczna form Ŝyta.
Ogród Botaniczny - CZRB PAN w Warszawie rozpoczął program gromadzenia i ochrony zasobów genowych rodzaju Secale ssp. w roku 1974 [MOLSKI i
in. 1981]. W minionym okresie zgromadzono kolekcję liczącą ponad 2000
obiektów. W skład kolekcji wchodzą zarówno formy uprawne (odmiany,
prymitywne populacje lokalne oraz materiały hodowlane), dzikie gatunki Ŝyta,
jak równieŜ dzikie gatunki plemienia Triticeae.
Kolekcja Ŝyta przechowywana jest w postaci próbek ziarniaków w banku
genów. Zastosowane warunki przechowywania pozwalają kilkakrotnie wydłuŜyć
czas przechowywania próbek. Procesy starzenia się ziarniaków nie są jednak
150
W. Łuczak i inni
całkowicie zahamowane, a Ŝyto naleŜy do gatunków o najkrótszym okresie
przechowywania spośród roślin zboŜowych [W ALTERS i in. 2005]. Obserwowany
jest powolny spadek Ŝywotności przechowywanych próbek ziarniaków.
Nadmierny spadek ich Ŝywotności moŜe powodować zmiany o charakterze
genetycznym. W rezultacie moŜe to prowadzić do co najmniej częściowej utraty
gromadzonych zasobów genowych. Konieczna jest zatem okresowa
reprodukcja przechowywanych próbek.
Obok konieczności odnawiania (reprodukcji) zgromadzonych w kolekcji
próbek ziarniaków, istotnym dla optymalnego wykorzystania przechowywanych
materiałów jest ich ocena pod kątem przydatności jako źródła waŜnych cech dla
hodowli nowych odmian. Dlatego waŜna jest polowa ocena wybranych cech
morfologicznych i fenologicznych roślin oraz ocena laboratoryjna ziarniaków.
Materiał i metody
W celu długoterminowego przechowywania, próbki ziarniaków suszone są
do zawartości wody 5-7% i utrzymywane w temperaturze -25°C w opakowaniach hermetycznych, zamkniętych próŜniowo, co pozwala znacznie wydłuŜyć
czas utrzymania wysokiej ich Ŝywotności. Procesy starzenia się ziarniaków nie
są jednak całkowicie zahamowane. Ocenę ich zdolności kiełkowania wykonywano w rulonach bibułowych, 3x50 ziarniaków. Test prowadzono w kiełkowniku w temperaturze 15/20°C w cyklu 8/16 godz.
Dla oceny zgromadzonych materiałów w dwuletnim cyklu obserwacji
badano grupę 250 form lokalnych z Turcji. Ziarniaki wysiano na nieizolowanych
2
poletkach o powierzchni 1,5 m , a na co dziesiątym poletku wysiano jako
wzorzec ziarniaki odmiany Dańkowskie Złote. W czasie sezonu wegetacyjnego
prowadzono obserwacje następujących cech morfologicznych i fenologicznych:
wschody, przezimowanie, okres nalewania ziarniaków, długość okresu
wegetacji, długość liścia podflagowego, długość kłosa, określano liczbę
ziarniaków z kłosa i wysokość roślin. Oceniano równieŜ w skali 1-9 stopień
poraŜenia roślin wybranymi patogenami: pleśnią śniegową (Fusarium nivale
(FR.) CES.), rynchosporiozą (Rhynchosporium secalis), rdzą źdźbłową (Puccinia
graminis PERS.), rdzą brunatną (Puccinia dispersa ERICSSON), mączniakiem
prawdziwym (Erysiphe graminis MARCHAL.) oraz określano stopień poraŜenia
kłosów sporyszem (Claviceps purpura TUL.). Po zbiorach określano masę 1000
ziarniaków, plon i zdolność kiełkowania ziarniaków.
Wyniki i dyskusja
Zastosowane warunki przechowywania ziarniaków pozwalają znacznie
wydłuŜyć okres zachowania ich Ŝywotności. Nadmierny spadek Ŝywotności
ziarniaków moŜe powodować zmiany o charakterze genetycznym w
przechowywanych populacjach. W rezultacie moŜe to prowadzić do naruszenia
ich stabilności genetycznej, a w końcowym rezultacie do co najmniej częściowej
utraty gromadzonych zasobów genowych. Konieczna jest zatem okresowa
kontrola Ŝywotności ziarniaków w przechowywanych próbkach. Wyniki oceny
ich zdolności kiełkowania po przechowywaniu w okresie 8-12 lat przedstawiono
w tabeli 1. Praktycznie wszystkie próbki utrzymały Ŝywotność powyŜej 80%
(standard reprodukcji) [IPGRI 2003]. Widoczny jest jednak wpływ roku zbioru
(warunków środowiskowych) na Ŝywotność ziarniaków po zbiorze i tempo
śYWOTNOŚĆ ZIARNIAKÓW PRZECHOWYWANYCH W BANKU ...
151
spadku ich Ŝywotności w czasie przechowywania [JUSTICE, BASS 1978]. Dla
obiektów kolekcji Ŝyta reprodukowanych w roku 1995 średnia wartość zdolności
kiełkowania ziarniaków po 10 latach przechowywania spadła poniŜej 80%.
Analiza średnich wartości ich zdolności kiełkowania nie wykazała istotnego
zróŜnicowania tempa spadku Ŝywotności pomiędzy odmianami uprawnymi i
formami lokalnymi Ŝyta, a takŜe w ramach form lokalnych, pomimo ich
zróŜnicowanego pochodzenia (dane niepubl.).
Tabela 1; Table 1
Średnia zdolność kiełkowania ziarniaków w próbkach Ŝyta przechowywanych
w banku nasion przez 9-12 lat
Average germination capacity of rye seed samples stored in seed bank for 9-12 years
Rok zbioru
Harvest year
Zdolność kiełkowania (%); Germination capacity (%)
początkowa; after harvest
2002
2005
1993 (523)*
92
89 (9)**
80 (12)
1994 (347)
96
92 (8)
88(11)
1995 (126)
95
92 (7)
78 (10)
1996 (90)
96
90 (6)
87 (9)
w nawiasach podano; given in brackets:
*
liczbę ocenianych obiektów; no. of evaluated accessions
**
okres przechowywania; storage period
Rys. 1.
Wysokość roślin i masa 1000 ziarniaków dla badanej grupy 250 obiektów
w latach 2004 i 2005
Fig. 1.
Plant height and weight of 1000 kernels for evaluated 250 accessions in 2004
and 2005
152
Rys. 2.
Fig. 2.
Rys. 3.
Fig. 3.
W. Łuczak i inni
Długość kłosa i liczba ziarniaków w kłosie dla badanej grupy 250 obiektów
w latach 2004 i 2005
Spike lenght and number of kernels per spike for evaluated group of 250
accessions in 2004 and 2005
Rozkład odchyleń wysokości roślin od wzorca dla badanej grupy 250
obiektów (w roku 2005 w stosunku do roku 2004)
Distribution of plant height deviations from standard for evaluated group of
250 accessions (2005 in relation to 2004)
śYWOTNOŚĆ ZIARNIAKÓW PRZECHOWYWANYCH W BANKU ...
Rys. 4.
Fig. 4.
Rys. 5.
Fig. 5.
153
Rozkład odchyleń długości kłosa od wzorca dla badanej grupy 250 obiektów
(w roku 2005 w stosunku do roku 2004)
Distribution of spike length deviations from standard for evaluated group of
250 accessions (2005 in relation to 2004)
Rozkład odchyleń liczby ziarniaków w kłosie od wzorca dla badanej grupy
250 obiektów (w roku 2005 w stosunku do roku 2004)
Distribution of deviations from standard for the number of kernels per spike in
accessions group of 250 accessions (2005 in relation to 2004)
154
Rys. 6.
Fig. 6.
Rys. 7.
Fig. 7.
W. Łuczak i inni
Rozkład odchyleń masy 1000 ziarniaków od wzorca dla badanej grupy 250
obiektów (w roku 2005 w stosunku do roku 2004)
Distribution of deviations from standard for the weight of 1000 grains in evaluated group of 250 accessions (2005 in relation to 2004)
Rozkład odchyleń długości liścia podflagowego od wzorca dla badanej grupy
250 obiektów (w roku 2005 w stosunku do roku 2004)
Distribution of deviations for from standard underflag leaf in evaluated group
of 250 accessions (2005 in relation to 2004)
śYWOTNOŚĆ ZIARNIAKÓW PRZECHOWYWANYCH W BANKU ...
155
Istotnym dla optymalnego wykorzystania przechowywanych materiałów
jest ich ocena pod kątem przydatności jako źródła waŜnych cech dla hodowli
nowych odmian. Prezentowane dane dwuletniego cyklu obserwacji polowych
dotyczą grupy 250 form lokalnych Ŝyta uprawnego, pochodzących z Turcji.
Spośród analizowanych cech wysokość roślin i liczba ziarniaków w kłosie były
cechami wykazującymi największą zmienność zarówno w pierwszym, jak i
drugim roku obserwacji (rys. 1, 2). Odchylenia wartości obserwowanych cech
od danych uzyskanych dla wzorca w kolejnych latach pokazały, iŜ badana
grupa obiektów wykazuje duŜą stabilność
obserwowanych cech
morfologicznych. W analizowanych latach obserwacji zdecydowana większość
obiektów zachowała relację do wzorca zarówno dla wartości dodatnich, jak i
ujemnych. Prezentowane wykresy pozwalają takŜe stwierdzić, iŜ badana grupa
form lokalnych Ŝyta zawiera obiekty wyŜsze od wzorca (rys. 3), o dłuŜszym
kłosie (rys. 4), lecz o wyraźnie mniejszej liczbie ziarniaków w kłosie (rys. 5) i
masie 1000 ziarniaków (rys. 6). W przypadku długości liścia podflagowego
relacja do wzorca była mniej jednoznaczna (rys. 7). Pełna analiza danych
obserwacji morfologicznych zostanie wykonana po zakończeniu cyklu trzech lat
obserwacji.
Tabela 2; Table 2
Obiekty o odporności równej lub wyŜszej od wzorca w latach 2004 i 2005
Accessions of the resistance higher or equal to standard in 2004 and 2005
Obiekt
Accession
Odporność; Resistance
fuzarium
fusarium
M1-72-73-161
rynchsporioza
rhynchosporium
rdza źdźbłowa
stem rust
mączniak
mildew
+
+
M1-72-73-178
+
M1-72-73-196
M1-72-73-207
+
+
M1-72-73-211
M1-72-73-241
+
+
+
M1-72-73-243
M1-72-73-245
+
+
M1-72-73-246
M1-72-73-250
+
M1-72-73-262
+
M1-72-73-270
+
M1-72-73-271
+
M1-72-73-272
+
M1-72-73-298
+
M1-72-73-299
+
M1-72-73-315
+
M1-72-73-316
+
+
M1-72-73-317
M1-72-73-369
+
+
+
odporność równa lub wyŜsza od wzorca; resistance higher or equal to standard
156
W. Łuczak i inni
Analiza danych odpornościowych pozwoliła wyróŜnić obiekty, które w obu
sezonach wykazywały odporność równą lub większą od wzorca (tab. 2) dla
pleśni śniegowej, rynchosporiozy, rdzy źdźbłowej i mączniaka. Potwierdza to
moŜliwość poszukiwania źródeł odporności w populacjach form lokalnych.
WyŜszej od wzorca odporności na rdzę brunatną i sporysz nie zaobserwowano
w obu sezonach w Ŝadnej z badanych form lokalnych Ŝyta. Kolekcje lokalnych
form gatunków uprawnych dzięki swej róŜnorodności są istotnym źródłem
zmienności dla hodowli [FRANKEL i in. 1995; CASSADAY i in. 2001].
Wnioski
1.
Rok zbioru (warunki środowiskowe) ma wyraźny wpływ na Ŝywotność
ziarniaków po zbiorze, a takŜe tempo spadku ich zdolności kiełkowania
w czasie przechowywania.
2.
Spośród analizowanych cech wysokość roślin i liczba ziarniaków w kłosie
wykazywały największą zmienność w kaŜdym roku obserwacji.
3.
Obserwowana grupa 250 form lokalnych Ŝyta charakteryzuje się znaczną
stabilnością cech morfologicznych, gdyŜ zachowała zarówno dodatnie, jak
i ujemne relacje odchyleń od wzorcowej odmiany Dańkowskie Złote w
badanych latach.
4.
Populacje form lokalnych Ŝyta mogą stanowić cenne źródło cech
odpornościowych na niektóre patogeny.
Literatura
CASSADAY K., SMALE M., FOWLER C., HEISEY P.W. 2001. Benefits from giving and
receiving genetic resources: the case of wheat. Plant Genetic Resources
Newsletter 127: 1-11.
COP-4 1998. The Convention on Biological Diversity: „The mother of all conventh
tions”. 4 Meeting of the Conference of the Parties on Biological Diversity, Bratislava, Slovakia, 4-15 V 1998. Diversity 14: 2-4.
FAO 2002. The International Treaty on Plant Genetic Resources for Food and
Agriculture. Food and Agriculture Organization of the United Nations: 5-9.
FRANKEL O.H., BROWN A.H.D., BURDON J.J. 1995. The conservation of plant
biodiversity. Cambridge University Press: 56-74.
GUS 2005. Główny Urząd Statystyczny. <http://www.stat.gov.pl>.
HAWKES J.G., MAXTED N., FORT-LLYOD B.V. 2000. Plant genetic resources. Kluwer
Academic Publisher, London: 1-43.
IPGRI 2003. A guide to effective management of germplasm collections. Engels
J.M.M.; Visser L., (red.) International Plant Genetic Resources Institute Handbooks for Genebanks 6: 70-71.
JUSTICE O.L., BASS L.N. 1978. Principles and practices of seed storage. Agriculture
Handbook No. 506. US Government Printing Office, Waschington D.C.: 8-10.
śYWOTNOŚĆ ZIARNIAKÓW PRZECHOWYWANYCH W BANKU ...
157
LUGO A.E. 1988. Estimating reductions in the diversity of tropical forest species,
w: Biodiversity. Wilson E.O. (red.). National Academy Press, Washington D.C.:
58-70.
MOLSKI B., KUBICZEK R., PUCHALSKI J. 1981. Rye genetic resources evaluation in the
Botanical Garden of the Polish Academy of Sciences in Warsaw. Kulturpflanze
XXIX: 129-136.
ŚWIĘCICKI W.K. 1998. Charakterystyka zmienności zasobów genowych roślin
uŜytkowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 463: 309-317.
ŚWIĘCICKI W.K., PODYMA W. 1998. Zasoby genowe roślin uprawnych w ochronie
róŜnorodności biologicznej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 463: 17-20.
WALTERS C., WHEELER L.M., GROTENHUIS J.M. 2005. Longevity of seeds stored in a
genebank: species characteristics. Seed Science Research 15: 1-21.
Słowa kluczowe: Ŝyto, Ŝywotność ziarniaków, formy lokalne, zmienność cech,
odporność na patogeny
Streszczenie
Ogród Botaniczny - CZRB PAN w Warszawie rozpoczął program gromadzenia i ochrony zasobów genowych rodzaju Secale ssp. w roku 1974. W
minionym okresie zgromadzono kolekcję liczącą ponad 2000 obiektów. W skład
kolekcji wchodzą formy uprawne: odmiany, prymitywne populacje lokalne oraz
materiały hodowlane.
Próbki ziarniaków wysuszone do zawartości wody 5-7%, przechowywane
są w temperaturze -25°C w opakowaniach hermetycznych zamkniętych
próŜniowo, co pozwala znacznie wydłuŜyć czas utrzymania wysokiej ich
Ŝywotności. Procesy starzenia się ziarniaków nie są jednak całkowicie
zahamowane i konieczna jest okresowa kontrola Ŝywotności ziarniaków w
przechowywanych próbkach. Przedstawiono wyniki oceny ich zdolności
kiełkowania po przechowywaniu przez okres 8-12 lat. Praktycznie wszystkie
próbki utrzymały Ŝywotność powyŜej 80%. Jednocześnie widoczny jest wpływ
roku zbioru (warunków środowiskowych) na Ŝywotność ziarniaków po zbiorze i
tempo spadku ich Ŝywotności w czasie przechowywania.
Istotnym dla optymalnego wykorzystania przechowywanych materiałów
jest ich ocena jako źródła waŜnych cech dla hodowli nowych odmian. W
dwuletnim cyklu obserwacji badano grupę 250 form lokalnych z Turcji.
Stwierdzono stabilność rozkładu zmienności odchyleń od wzorcowej odmiany
Dańkowskie Złote. Analiza danych odpornościowych pozwoliła wyróŜnić obiekty
mogące stanowić źródło odporności na niektóre patogeny.
VIABILITY OF SEEDS STORED IN SEED BANK
AND EVALUATION OF SELECTED MATERIALS
FROM THE COLLECTION OF Secale cereale L.
Wiesław Łuczak, Maciej Niedzielski, Anna Martyniszyn, Jerzy Puchalski
Department of Evaluation and Protection of Plant Diversity,
Botanical Garden – Center for Biological Diversity Conservation,
Polish Academy of Sciences, Warszawa
158
Key words:
W. Łuczak i inni
rye, seeds viability, landraces, variation of characters, resistance
to pathogens
Summary
Botanical Garden-CBDC of the PAS started the conservation programme
of genus Secale genetic resources in 1974. Until now more than 2000 accessions have been collected. The rye seed collection contains the modern
varieties, primitive local landraces and breeding materials.
Seed samples dehydrated to 5-7% moisture content are packed into air
tight containers under vacuum and stored in freezers at -25°C. That prolongs
significantly the longevity of seed samples. However, the ageing processes are
not stopped, so temporary viability control is necessary. The results of viability
tests of rye seed samples after 8-12 years of storage are presented. Practically
all the samples retained their viability over regeneration standard, i.e. 80%. Preharvest conditions visibly affected the viability of rye seed samples at the
beginning of storage as well as the rate of their viability decrease.
An evaluation of collected materials as a source for breeding programmes
is an important factor affecting their utilization. During two seasons the group of
250 local landraces from Turkey were evaluated. Analyzed data of selected
morphological characters showed similar distribution of deviations from the
standard variety. Results of pathogen resistance evaluation enabled to select
the accessions with resistance higher than standard.
Mgr inŜ. Wiesław Łuczak
Ogród Botaniczny – Centrum Zachowania RóŜnorodności Biologicznej PAN
ul. Prawdziwka 2
02-973 WARSZAWA
e-mail: [email protected]