A szójavirágzás és a mag érlelési idejének értékelése Kazahsztán különböző szélességi régióiban

Növénybiológiai és Biotechnológiai Intézet, Almaty, Kazahsztán

Tagság Kazah Mezőgazdasági Kutatóintézet, Almalybak vil., Almaty régió, Kazahsztán

Növénybiológiai és Biotechnológiai Intézet, Almaty, Kazahsztán

Hovatartozás Kelet-Kazahsztán Mezőgazdasági Kutatóintézet, Solnechnyi vil., Ust-Kamenogorsk régió, Kazahsztán

Tagság Kostanaiskyi Mezőgazdasági Kutatóintézet, Zarechnoe vil., Kostanai régió, Kazahsztán

Növénybiológiai és Biotechnológiai Intézet, Almaty, Kazahsztán

Saule Abugalieva,
Svetlana Didorenko,
Shynar Anuarbek,
Lubov Volkova,
Jelena Gerasimova,
Sidorik Iván,
Yerlan Turuspekov

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Abugalieva S, Didorenko S, Anuarbek S, Volkova L, Gerasimova Y, Sidorik I és mtsai. (2016) A szójababvirágzás és a mag érlelési idejének értékelése Kazahsztán különböző szélességi régióiban. PLoS ONE 11 (12): e0166894. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0166894

Szerkesztő: Ruslan Kalendar, Helsinki Egyetem, FINNORSZÁG

Fogadott: 2016. július 8 .; Elfogadott: 2016. november 4 .; Közzétett: 2016. december 1

Adatok elérhetősége: Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Finanszírozás: A 1108/GF4 számú támogatással finanszírozott tanulmány, amelyet a Kazah Köztársaság Oktatási és Tudományos Minisztériuma adott ki. A minisztérium honlapja: http://edu.gov.kz/en. A finanszírozóknak nem volt szerepük a tanulmányok tervezésében, adatgyűjtésben és elemzésben, a közzétételre vonatkozó döntésben vagy a kézirat elkészítésében.

Versenyző érdeklődési körök: A szerzők kijelentették, hogy nincsenek versengő érdekek.

Bevezetés

A szójabab globálisan fontos növény, magas tápanyag-, fehérje- és olajértékekkel [1], [2]. Ennek ellenére Kazahsztánban még mindig ritka növény, ahol a gazdálkodók túlnyomórészt búzát teremnek. A nemrégiben elfogadott Kazahsztán növénytermesztési politikája a szójabab-betakarítási terület folyamatos növekedését eredményezte a 2006-os 4500 km 2 -ről 2014-re 11 400 km 2 -re. 2012-ben a Kazah Köztársaság Mezőgazdasági Minisztériuma javasolta a szójabab területének növelését. 2020-ig 40 000 km 2 -re, és az ország délkeleti (SEK), keleti (EK) és északi (NK) régióiban lévő földeket jelölték ki erre a célra [3]. Jelenleg a szója össztermése a 2007. évi 17 000 tonnáról 2014-re 20 000 tonnára nőtt. A termelés növekedése nem egyértelmű, mivel a 2012 és 2014 közötti termésmennyiség nem nőtt, míg a vetési terület ebben az időszakban közel 40 000 hektárra nőtt [ 4]. Ez arra utal, hogy az alapvető agronómiai ismeretek mellett a szója új környezetekhez való alkalmazkodásának részletes megértésére van szükség.

Kazahsztánban eddig 12 hivatalosan bejegyzett kereskedelmi szójafajtát fejlesztettek ki, amelyek alapvetően az EK és az SEK régiók számára lettek kifejlesztve, és amelyeknek a szójatermesztés története meglehetősen hosszabb, mint az ország más régióiban [16]. Ezeket a fajtákat korábban DNS mikroszatellit markerekkel genotipizálták, és összehasonlították nagyszámú külföldi csatlakozással [3], [17]. A szerzők mindegyik fajtát 50 SSR (single szekvencia ismétlés) markerekkel jellemezték, és megállapították, hogy a helyi csatlakozások egyértelműen különböznek az Észak-Amerikában és Kelet-Ázsiában termesztettektől [17]. Azonban ezekhez a csatlakozásokhoz nem írtak le specifikus virágzási géneket, ezért kevés információ áll rendelkezésre a szójabab Kazahsztán különböző környezeteihez való alkalmazkodásának genetikai alapjairól.

A tanulmány célja annak értékelése volt, hogy a Kazahsztán különböző szélességi fokain termesztett, genetikailag sokszínű szójababon a virágzás és az érés időbeli különbségei társíthatók-e a főbb E-sorozatú virágzási gének bizonyos allélkombinációival. A kapott adatok hasznos információkat nyújtanak a legmegfelelőbb szülői genotípusok kiválasztásához, amelyeket a szójabab termelékenységének javítása érdekében a helyi tenyésztési programokban használnak.

Anyagok és metódusok

(A) A három terepi kísérlet helye. (B) A három helyszín átlagos heti hőmérsékleti adatai. (C) Az átlagos naphossz (órákban) hetente a három helyszínen. (D) Az átlagos csapadékmennyiség (mm) a három helyen.

Etikai nyilatkozat

A terepi tanulmányokhoz nem volt szükség külön engedélyre, mivel az összes érintett tenyésztőszervezet kormányzati kutatóintézet és a Kazah Köztársaság Oktatási és Tudományügyi Minisztériuma által támogatott folyamatban lévő projekt résztvevője.

Eredmények

1. Az E érettségi gének genetikai variációja a szójabab gyűjteményében

Százhúsz tenyésztett, Kazahsztánban termesztett szójabab-adalékot négy E-sorozatú gén genotipizálására használtunk fel (S1 táblázat). A gyűjteményben a legmagasabb gyakorisággal talált három genotípus az e1-as/e2/E3/E4 (36 hozzáférés), az e1/e2/E3/e4 (12) és az e1-as/e2/e3/e4 ( 11.) Négy allélt detektáltak az E1 génhez, ahol 69, az e1-as allélhoz tartozó 8, az e1-fs allélhoz 29, az e1-nl allélhoz 29 és az E1 allélhoz 14. A recesszív diszfunkcionális allélok száma 37 (30,8%), 110 (91,6%), 42 (35%) és 44 (36,7%) volt E1, E2, E3 és E4 esetében. A tizennyolc kazah csatlakozás külön elemzése különböző arányú E1, E3 és E4 diszfunkcionális allélokat mutatott, 11,1%, 50% és 5,6%. Mind a 18 mintát rögzítettük az E2 gén recesszív alléljára (S1 táblázat). Tizennyolc helyi csatlakozás közül kilencnek volt e1-as/e2/E3/E4 genotípusa.

Az ebben a vizsgálatban talált tizenhét E genotípus-kombináció között öt, tíz vagy annál több csatlakozással rendelkező csoportot találtunk (1. táblázat). A jellemzett genotípusok száma EK-ban tizenhatra, NK-ban tizenötre csökkent, mivel az e1-n/E2/E3/E4 genotípusú NK-ban, az E1/e2/E3/E4 pedig EK-ban és NK-ban nem alakultak ki magok.

2. A szójabab-gyűjtés alkalmazkodóképességének értékelése Kazahsztán három régiójában

A sokszínű gyűjteményt (S1 táblázat) a SEK, EK és NK képviselő három tenyésztő szervezet elemezte a fő növénynövekedési szakaszok szempontjából. A csatlakozásokat hat fejlődési szakasz hosszában vizsgálták a TT-R2 és a TT-R8 szakaszokban (S2 táblázat).

Mivel a földrajzi szélesség és a földrajzi hosszúság különbözött egymástól, a naphossz, a meteorológiai viszonyok (1. ábra) és a vetési dátumok (S2 táblázat) különbségek voltak. A három helyen az összes növekedési szakasz korrelációja nagyon magas volt (S3 táblázat), kivéve az R4-R8 stádiumot, ahol az SEK és az NK állomások közötti korrelációs index kevésbé volt szignifikáns (P 2. táblázat. A növényi növekedési szakaszokon végzett háromszoros kísérletekben kapott átlagos adatok és a hozam paraméterei három vizsgált helyen.

A TT-R8 időtartamát használták a csatlakozások érettségi csoportokba (MG) osztályozására a három helyszínen (3. táblázat). Mivel a gyűjtést 5 MG SEK-ban, 3 MG EK-ban és NK-ban csak 2 MG jellemezte, arra a következtetésre jutottak, hogy a MG-k száma magasabb szélességi fokokon csökkent. A legnagyobb csoportok az MG00 voltak SEK-ban és EK-ban (86, illetve 61 csatlakozás), és az MG000 (44) az NK-ban. A helyi tenyészvonalak a legnagyobb csoportokba tartoztak, kivéve SEK-ban, ahol kazah csatlakozásokat rendeltek az MGI-hoz és az MGII-hez (S1 táblázat). Minden helyszínen a legmagasabb növényenkénti átlagos hozamot (YPP) regisztrálták a legutóbbi érettségi csoportnál (3. táblázat).

Szójabab-gyűjtés teljesítménye a délkeleti régióban.

Öt helyi fajta közül négy az MGI-hez tartozott, amely 16 belépést tartalmazott. Az ötödik helyi csatlakozás az MGII két mintájának egyike volt (S1 táblázat). Mivel az MGI-ben szereplő 16 minta TT-R8 időtartama szignifikánsan magasabb volt, mint az MG0 és MG00 csatlakozásoké (P 0 57 ’vs 50 0 15’). Kiderült, hogy a 9 csatlakozás közül 5 hasonló MG-t mutatott, míg további 4-et a korábbi kínai KG-kben találtak.

A t-tesztet alkalmaztuk az egyes gének és kombinációik szignifikanciájának meghatározásához a növekedési szakaszok és a hozamkomponensek elemzésében az összes vizsgált 115 hozzáféréshez az EK-ban (S4 táblázat). Megállapították, hogy az E1 genotípus statisztikailag szignifikáns a virágzás előtti időben (P 0 Cd SEK-ban és 2138 0 Cd NK-ban).

A terepi kísérletekből származó YPP értékeket használtuk fel a genotípus-környezet interakció (GEI) mintázatainak becsléséhez AMMI és GGE Biplot módszerek alapján (2. ábra). Az ANOVA (varianciaanalízis) AMMI-hatásai nagy környezeti hozzájárulást mutattak ki az interakcióban (89,52%), míg a genotípus (G) és a genotípus x környezet (GE) hatásainak összege csak 10,48% volt. Az AMMI fő koordinátanalízise (2A. Ábra) arra utalt, hogy a PC1 hatékonyan különbözteti meg az SEK és az EK helyeket az NK helytől, a PC2 pedig lehetővé teszi az SEK és az EK közötti differenciálást. A GGE Biplot módszerekkel meglehetősen hasonló eredményeket értünk el, bár ebben az esetben a SEK és az EK ugyanazon Mega-környezettel voltak kombinálva (2B. Ábra).

AMMI (A) és Biplot (B) grafika a genotípus – környezet interakciós vizsgálatokon. A Délkelet-Kazahsztánban (SEK15), Kelet-Kazahsztánban (EK15) és Észak-Kazahsztánban (NK15) termesztett szójabab-termés hozamadatain alapuló elemzések 2015-ben szüreteltek. A PC1 és a PC2 az elemzések fő koordinátora. A környezeti és a genotípus pontszámokat kék, illetve zöld színben adják meg.

Vita

1. Genotípus-sokféleség jellemzése tesztelt szójabab-belépésekben

2. Az MG összehasonlítása különböző szélességű régiókban

Az MG-k összehasonlítása Kazahsztán három különböző szélességi körzetében mutatott csökkenést az SEK öt csoportjából (MGII-MG000) az NK (MG00-MG000) 2 csoportból; minden kísérletben a legújabb MG mindig jobb hozamot adott (3. táblázat). A 120 szójabab-belépés közül 23-ban az MG-csoportok hasonlóak voltak mindhárom helyszínen, és 93 belépés hasonlóságot mutatott legalább két helyszínen, ezért továbbra is kényelmes eszköz tenyésztési célokra [2, 5]. Néhány kivétel ellenére a tendencia a TT-R8 időtartamának csökkenése volt a melegebbről a nagyobb szélességű, hidegebb régiókra (3. táblázat). Mivel a legnagyobb hozamkomponenseket az EK és az NK esetében regisztráltuk (2. táblázat), fontos volt meghatározni a növekedés optimális időtartamát azokban a korábban nem vizsgált nagy szélességi területeken. Megállapították, hogy a legproduktívabb csatlakozások EK-ban és NK-ban átlagosan 2150, illetve 2138 vannak a TT-R8 esetében (5. táblázat). Ezért az érés ezen tartományán belüli csatlakozásokat az MG00-hoz rendeltük. [2] szerint mind az MG0, mind az MG00 genotípusa e1-as/e2/E3/E4 és e1-as/e2/e3/E4. Azonban a vizsgálatban az optimális MG00 genotípusok az e1-n/e2/E3/E4 és az e1-n/E2/E3/E4 voltak az EK-ban, és az E1/e2/E3/e4-n az NK-ban, ami arra utal, hogy további genetikai Az érésig tartó időkhöz kapcsolódó tényezőket be kell vonni az érettségi csoportok meghatározásába.