Способ различия генетически близких образцов растений Советский патент 1992 года по МПК A01G7/00 

Изобретение относится к области растениеводства, в частности к методам исследования растений, и может быть использовано при разработке диагностических методов, например для селекционной работы.

Известны способы измерения электрических потейциалов различных частей и органов растений, иногда с записью на самописце. Подавляющее большинство полученных при этом данных представляют собой, однако, точечные измерения. Они дают информацию об электрическом потенциале только данного конкретного участка ткани или растения, или нескольких дискретных участков, и не позволяют проследить, как изменяется потенциал в последовательно расположенной совокупности точек (участков) или в целом органе.

Известен также способ изучения топографии электрических потенциалов на надземных органах целого растения, путем последовательного перемещения измерительного электрода в разные точки органа или при использовании нескольких электродов. На основании многих точечных измере- ний в этом случае судят о характере

распределения электрических зарядов по поверхности органа. Недостатком этого способа является получение лишь макрокартины, построенной Тю отдельным точкам, удаленным друг от Друга на несколько сантиметров. Целый ряд деталей топография электрических потенциалов органа может быть при этом пропущен.

Наиболее близким техническим решением является измерение поверхностного потенциала корня при помощи большого числа однотипных электро до в, расположен- ных через малые интервалы вдоль корня по всей его длине. Измерение производят путем поочередного включения в цепь каждого из электродов при помощи специального программного устройства с выводом данных на ЭВМ.

Недостатком этого способа является дискретное измерение электрического потенциала в корне. Даже при очень малом расстоянии между соседними электродами есть вероятность пропустить какую-либо узкую зону, отличную по электрофизиологическим характеристикам. Такие узкие зоны, длиной всего в несколько миллиметров, дейХ|

ся VJ ел ю XI

ствительно есть в корне, например, переход от зоны растяжения к зоне дифференциации, длиной в 3-10 мм, или участок, где через поверхность главного корня прорастает боковой корешок, в 1-3 мм длиной. В обоих случаях потенциал такого узкого участка резко отличается от соседних. Кроме того, метод громоздок, требует сложной аппаратуры, и не свободен от артефактов.

Целью изобретения является повышение точности и оперативности измерений, проводимых в автоматическом режиме и дающих подробную информацию о топографии электрических потенциалов корня.

Поставленная цель достигается тем, что в способе различения генотипически близких образцов растений (на стадии проростков), включающем измерение разности электрических потенциалов на разных растворах и для различных зон корня, производят автоматическое сканирование корня в длину при помощи сканирующего сифона. При этом за счет идущего в заданном режиме поднятия уровня раствора в вертикальном цилиндре сифона, непрерывно перемещающийся мениск раствора выполняет роль подвижного кольцевого контакта, включай в измерительную цепь все время новые, выше расположенные участки корня. В зависимости от скорости сканирования, получение полной информации об электрических потенциалах корня занимает 2-415 мин, объект не повреждается, процесс автоматически повторяется неограниченное чисяо раз, в ходе эксперимента легко осуществить замену сканирующего раствора и изменить скорость сканирования.

В качестве объектов целесообразно использовать проростки в возрасте 3-7 дней. Запись на самописце получается в виде ряда повторяющихся фигур, в которых каждая точка соответствует определенному участку корня. Форма фигур сканирования зависит от генотипа объекта, состава и концентрации раствора и условий измерения. При прочих равных условиях, она различается у генетически разных объектов и неразличима у тождественных.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема способа; на фиг. 2, 3 - образцы записей, выполненных на различных объектах при сканировании разными растворами.

Принципиальная схема устройства дли осуществления способа показана на фиг.1. Основной рабочей деталью установки является сканирующий сифон периодического действия 1, изготовленный из стекла или прозрачного пластике, в котором размещают корень проростка 2. Сифон состоит из вертикально расположенного цилиндра диаметром не менее 20 мм (чтобы корень не касался стенок) и сливного колена. Сканирующий раствор подают в цилиндр с малой скоростью (0,3-3 мл/мин ) при помощи перистальтического насоса 3 или за счет гидростатическогодавления. Индифферентный электрод 4 контактирует с корневой шейкой или семенем пророста. Измерительный электрод 5 размещен в

0 нижней части цилиндра сифона так, чтобы не допустить непосредственного соприкосновения с кончиком корня; контакт его с корнем происходит только через раствор. Снимаемую с электродов разность электри5 ческих потенциалов подают непосредственно на вход регистрирующего устройства 6, в качестве которого можно использовать самопишущий милливольтметр с высокоом- ным входом.

0 Способ осуществляется следующим образом. Цилиндр сифона исполняется жидкостью за строго определенное время (3-10 мин). Мениск раствора движется вверх вдоль цилиндра 1 и размещенного в нем

5 корня 2 с постоянной скоростью, производя собственно сканирование. По достижении заданного уровня происходит срабатывание сифона, раствор быстро (30 с) сливается и начинается новое, очередное наполнение

0 сифона. В разных экспериментах использо- вали графитовые, нихромоеые, вольфрамовые или неполяризующиеся электроды 4,5 типа ЭВМ. В проверочных опытах проводили измерения на одном объекте с использо5 ванием разных типов электродов, - и получили принципиально тождественные результаты. Пригодность поляризующихся электродов (графитовых и металлических) объясняется тем, что в сканирующем режиб ме в каждый момент времени измеряется только что включенная ЭДС, электрический потенциал которой затем начинает снижаться вследствие поляризации, но в этот момент оказывается включенной следую5 щая зона корня с еще не поляризованным потенциалом.

На фиг.2 представлены сравнительные данные для 2-х гибридов кукурузы (различающихся по засухоустойчивости) : Од Ма 0 338 и Од 2070 мв. Корни 4-х-дневн ых проростков сканировались на дистиллированной воде и слабых растворах К CI, повторность 5-кратиая. Различия между вариантами очевидны, они сохраняются на

5 всех растворах, и сам факт различий в кривых сканирования соответствует нетожде- ственности генотипов образцов.

В таблице представлены результаты статической обработки части этих данных для дискретных точек корня, удаленных от

кончика корня на расстояния 0,10 и 17 мм. При попарном сравнении образцов разницы (кроме помеченных звездочкой) достоверны с уровнем вероятности 0,95.

Сравнение 2-х гибридов кукурузы (различающихся по засухоустойчивости) регистрацией биопотенциалов корня в растворах KCI. Возраст 4 сут.

На фиг.З видно изменение кривых сканирования корней проростков гороха при смене сканирующей жидкости с дистиллированной воды на раствор соли NaCI. Замена NaCt на другую соль равной концентрации вызывает новое изменение кривой сканирования, что свидетельствует о перераспределении электрических зарядов корня. Сопоставление фиг. 2 и 3 (по воде) выявляет существенные различия между видами, т.е. такими образцами, генотипы которых заведомо различны.

Различие генетически близких образцов лежит в основе всякого метода экспресс-диагностики. Описанный способ

может быть использован при разработке диагностических методов, пригодных для селекции солеустойчивых, а также отзывчивых на удобрения сортов с.-х. культур. Как и

другие экспресс-методы на проростках, он может дать выигрыш во времени, равный длине вегетационного периоде культуры, и экономию затрат.

Формула изобретения

Способ различия генетически близких образцов растений, включающий измерение разности электрических потенциалов проростков, сравнение указанных параметров, при несовпадении которых различия

между проростками считают достоверными, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и оперативности способа, регистрацию разности электрических потенциалов осуществляют между корневой шейкой растения и участком корня приростка, погруженным в раствор, при постоянно увеличивающемся уровне погружения корня в раствор.

Использование: биологические исследования. Сущность изобретения: в процессе регистрации разности потенциалов между корневой шейкой растения и участком корня, последний помещают в раствор, играющий роль одного из электродов. 3 ил.

- я

Off 2070 MS

Фиг. 2

ZQnMNaCl

H20

Фиг.З