Всхожесть семян сои после низкотемпературного хранения и её зависимость от погодно-климатических условий в местах репродукции образцов

Актуальность. Соя (Glycine max (L.) Merr.) является микробиотиком и при хранении семян в неконтролируемых условиях при комнатных температурах быстро утрачивает всхожесть, что определяет необходимость сохранения коллекционных образцов с использованием специальных приемов. Хранение при низких температурах (НХ) позволяет сохранить высокую всхожесть семян, но не в случае всех образцов. Это делает актуальным оценку результатов многолетнего сохранения образцов сои в Генбанке ВИР и предпринимаемую нами попытку определения лучших географических условий для их репродукции и получения семян, используемых для НХ. Материалы и методы. Работа выполнена на 312 образцах сои коллекции ВИР, происхождение которых охватывает практически весь ареал культивирования сои. Репродукция образцов осуществлялась на трех опытных станциях ВИР: Адлерской опытной станции, Кубанской опытной станции (Краснодарский край) и на Дальневосточной опытной станции (Приморский край). Использованы семена, полученные в период с 1999 по 2017 год, заложенные на НХ с 2002 по 2021 год. Семена хранили в запаянных ламинированных пакетах из алюминиевой фольги при температуре –10°С. Выемка образцов из НХ и оценка всхожести выполнена в 2022 году. Результаты. Всхожесть семян на момент закладки (G_i) составляла от 12 до 100% (среднее значение 79,1%), итоговая всхожесть (G_r) – от 1 до 97% (среднее 57,8%). Сохранение всхожести оценивали по индексу всхожести (GI=G_r/G_i), варьирующему от 0,02 до 1,73, при среднем значении 0,72. Все показатели всхожести в наблюдаемом нами диапазоне до 20 лет хранения не имели связи с продолжительностью хранения и с числом лет до закладки (в нашем опыте 0,5-4 года). Климатические условия в месте репродукции образцов оказали достоверное влияние на всхожесть до и после хранения, но не на GI. Средняя всхожесть перед закладкой семян, урожая АдлОС и КОС, не различалась достоверно (77,4% и 75,7%), а для семян, полученных на ДВОС была достоверно выше (84,0%). Всхожесть после хранения образцов ДВОС (64,3%) также была больше, чем таковых КОС (52,2%) и АдлОС (57,2%). Проявляющаяся в отдельные годы на всех станциях избыточно высокая сумма температур выше 10°C снижает G_i, G_r, но мало влияет на GI. Наиболее высокие значения начальной, итоговой всхожести и GI имели образцы, созревающие за 101–120 дней. Досушивание наиболее позднеспелых образцов (созревающих позднее 140 дней) в снопах под навесом позволяет получать семена с высокой всхожестью, хорошо переносящие НХ. Заключение. Семена разных мест репродукции различались по всхожести до и после НХ, и, в среднем, наивысшие значения характеризовали семена, полученные на Дальневосточной опытной станции, где температурный режим ближе к оптимальному для сои. Индекс всхожести семян показал относительную независимость от условий репродукции образцов, в том числе от климатических и погодных условий, а также от начальной всхожести и срока хранения семян.

1. Arif M.A.R., Tripodi P., Waheed M.Q., Afzal I., Pistrick S., Schütze G., Börner A. Genetic analyses of seed longevity in Capsicum annuum L. in cold storage conditions. Plants. 2023;12:1321. DOI: 10.3390/plants12061321

2. Ballesteros D., Walters C. Solid-state biology and seed longevity: a mechanical analysis of glasses in pea and soybean embryonic axes. Frontiers in Plant Science. 2019;10:920. DOI: 10.3389/fpls.2019.00920

3. Chebrolu K.K., Fritschi F.B., Ye S., Krishnan H.B., Smith J.R., Gillman J. D. Impact of heat stress during seed development on soybean seed metabolome. Metabolomics. 2016;12:28. DOI: 10.1007/s11306-015-0941-1

4. De Vitis M., Hay F.R., Dickie J.B., Trivedi C., Choi J., Fiegener R. Seed storage: maintaining seed viability and vigor for restoration use. Restoration Ecology. 2020;28(S3):249-255. DOI: 10.1111/rec.13174

5. Desheva G., Petrova S., Deshev M. Germinability of soybean seeds stored more than 30 years in the Bulgarian national seed genebank. World Scientific News. 2017;69:29-46.

6. Ellis R.H. Temporal patterns of seed quality development, decline, and timing of maximum quality during seed development and maturation. Seed Science Research. 2019;29:135-142. DOI: 10.1017/ S0960258519000102

7. Genebank standards for plant genetic resources for food and agriculture. Rome: FAO; 2014. Available from: https://www.fao.org/4/i3704e/i3704e.pdf [accessed Jun. 21, 2024]

8. Genebank Standards. 1994. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome: International Plant Genetic Resources Institute; 1994. Available from: https://cropgenebank.sgrp.cgiar.org/images/file/learning_space/genebank_standards.pdf [accessed June 21, 2024].

9. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Москва: Стандартинформ; 2011.

10. ГОСТ 12041-82. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения влажности. Москва; 2011.

11. Kalemba E.M., Corbineau F., Kumar S.P.J. Editorial: Molecular basis of seed longevity. Frontiers in Plant Science. 2023;14:1138139. DOI: 10.3389/fpls.2023.1138139

12. Kandil A.A., Sharief A.E., Sheteiwy M.S. Effect of seed storage periods, conditions and materials on germination of some soybean seed cultivars. American Journal of Experimental Agriculture. 2013;3(4):1020-1043. DOI: 10.9734/AJEA/2013/3590

13. Karim M.A., Utsunomiya N., Shigenaga S. Effect of sodium chloride on germination and growth of hexaploid triticale at early seedling stage. Japanese Journal of Crop Science. 1992;61:279-284. DOI: 10.1626/jcs.61.279

14. Kiran Babu P., Radhamani J., Aravind J., Varghese E., Tyagi R.K. Field performance of 30-year-old soybean germplasm conserved in Indian National Genebank. Plant Genetic Resources. 2018;31(2):152-163. DOI: 10.5958/0976-1926.2018.00018.9

15. Nagel M., Kranner I., Neumann K., Rolletschek H., Seal C.E., Colville L., Fernández-Marín B., Börner A. Genome-wide association mapping and biochemical markers reveal that seed ageing and longevity are intricately affected by genetic background and developmental and environmental conditions in barley. Plant, Cell & Environment. 2015;38(6):1011-1022. DOI: 10.1111/pce.12474

16. Nakagawa A.C.S., Ario N., Tomita Y., Tanaka S., Murayama N., Mizuta C., Iwaya-Inoue M., Ishibashi Y. High temperature during soybean seed development differentially alters lipid and protein metabolism. Plant Production Science, 2020;23(4):504-512. DOI: 10.1080/1343943X.2020.1742581

17. Novikova L.Y., Bulakh P.P., Nekrasov A.Y., Seferova I.V. Soybean response to weather and climate conditions in the Krasnodar and Primorye territories of Russia over the past decades. Agronomy. 2020;10(9):1278. DOI: 10.3390/agronomy10091278

18. Pritchard H.W., Dickie J.B. Predicting seed longevity: the use and abuse of seed viability equations. In book: Seed Conservation: Turning Science into Practice. UK: Royal Botanic Gardens Kew; 2003.

19. Rao P.J.M., Pallavi M., Bharathi Y., Priya P.B., Sujatha P., Prabhavathi K. Insights into mechanisms of seed longevity in soybean: a review. Frontiers in Plant Science. 2023;14:1206318. DOI: 10.3389/fpls.2023.1206318

20. Renard J., Niñoles R., Martínez-Almonacid I., Gayubas B., Mateos-Fernández R., Bissoli G., Bueso E., Serrano R., Gadea J. Identification of novel seed longevity genes related to oxidative stress and seed coat by genome-wide association studies and reverse genetics. Plant, Cell & Environment. 2020;43:2523-2539. DOI: 10.1111/pce.13822

21. Сафина Г.Ф., Филипенко Г.И. Долговечность семян при хранении и ее прогнозирование методом ускоренного старения. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2013;174:124-131.

22. Силаева О.И. Хранение коллекции семян мировых растительных ресурсов в условиях низких положительных температур – оценка, состояние, перспективы. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012;169:230-239.

23. Solberg S.O., Yndgaard F., Andreasen Ch., von Bothmer R., Loskutov I.G., Asdal A. Long-term storage and longevity of orthodox seeds: a systematic review. Frontiers in Plant Science. 2020;11:1007. DOI: 10.3389/fpls.2020.01007

24. Степанов В.Н. Биологическая классификация сельскохозяйственных растений полевой культуры. Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 1957;(2):5-29.

25. Сторожева Н.Н. Влияние длительного хранения семян сельскохозяйственных культур в условиях толщи многолетнемерзлых грунтов на жизнеспособность и фенотипическую изменчивость: дис. … канд. с.-х. наук. Якутск; 2006.

26. Tekrony D.M., Egli D.B., Phillips A.D. Effect of field weathering on the viability and vigor of soybean seed. Agronomy Journal. 1980;72(5):749-753. DOI: 10.2134/agronj1980.00021962007200050014x

27. Теплых А.А., Прохорова Е.В. Влияние сроков хранения семян ели на их техническую всхожесть. Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: лес. экология. Природопользование. 2018;2(38):19-28. DOI: 10.15350/2306-2827.2018.2.19

28. Вавилов Н.И. Ботанико-географические основы селекции (Учение об исходном материале в селекции). В кн.: Академик Н.И. Вавилов. Избранные труды. Москва; Ленинград: Наука;1960. Т. 2. C.21-70.

29. Yamasaki F., Domon E., Tomooka N., Baba-Kasai A., Nemoto H., Ebana K. Thirty-year monitoring and statistical analysis of 50 species' germinability in genebank medium-term storage suggest specific characteristics in seed longevity. Seed Science and Technology. 2020;48(2):269-287. DOI: 10.15258/sst.2020.48.2.14