Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 2

УДК 633.63.693:613.165.6:631.53

DOI: 10.31857/S2500262722020107, EDN: GANIXZ

ВЛИЯНИЕ УФ-ИЗЛУЧЕНИЯ НА СОХРАННОСТЬ МАТОЧНЫХ КОРНЕПЛОДОВ

САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И ГЕНЕТИЧЕСКУЮ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ СЕМЯН

М.А. Смирнов, кандидат экономических наук,

А.А. Налбандян, кандидат биологических наук

Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свеклы и сахара имени А.Л. Мазлумова,

396030, Воронежская обл., Рамонский р-н, п. ВНИИСС, 86

E-mail: arpnal@rambler.ru

Исследования проводили с целью изучения влияния УФ-излучения на сохранность маточных корнеплодов сахарной свеклы

и генетическую изменчивость выращенных семян. Обработку маточных корнеплодов проводили бактерицидной лампой

Philips TUV 30W с максимумом на длине волны 253,7 нм (UV-C) с расстояния 50…60 см от поверхности. После этого

корнеплоды хранили в полипропиленовых мешках в корнехранилище в нерегулируемых условиях. Схема опыта предусма-

тривала обработку корнеплодов (по 50 шт. в каждом варианте) сростноплодного опылителя гибрида отечественной

селекции РМС 127 УФ-излучением с экспозицией - 60 с, 90 с, 120 с и 180 с; контроль - без обработки. В варианте с экспо-

зицией 180 с наблюдали достоверное снижение загнивания корнеплодов, в сравнении с контролем, в 4 раза и уменьшения

гнилой массы - в 4,6 раза. Потери массы посадочного материала при хранении сократились с 5,4 % (контроль) до 2,7 %.

Биологическая эффективность обработки в этом варианте была максимальной в опыте и составила 78,5 %. Высокая

сохранность маточных корнеплодов опылителя отмечена и на фоне УФ-излучения в экспозиции 120 с. Доля загнивших

корнеплодов снижалась, в сравнении с контролем, в 2 раза, гнилой массы - в 3,4 раза. Потери массы уменьшались в 2 раза.

Биологическая эффективность обработки составила 70,81 %. В дальнейшем в этих вариантах отмечена и более высокая

урожайность семенных растений (0,62 т/га). По результатам молекулярно-генетического тестирования с использованием

6 маркеров к микросателлитным локусам Unigenes растений из корнеплодов, обработанных УФ-излучением, мутаций

на генном уровне не выявлено.

INFLUENCE OF UV RADIATION ON SAFETY OF SUGAR BEET MOTHER ROOTS

AND GENETIC VARIABILITY OF THE OBTAINED SEEDS

Smirnov M.A., Nalbandyan A.A.

A.L. Mazlumov All-Russian Research Institute of Sugar Beet and Sugar,

396030, Voronezhskaya obl., Ramonskii r-n, p. VNIISS, 86

E-mail: arpnal@rambler.ru

Aim of the investigations was to study influence of UF-radiation on safety of sugar beet mother roots and genetical variability of the

obtained seeds. Mother roots were treated with bactericidal lamp Philips TUV 30W, with maximum wave length of 253.7 nm (UV-C),

at the distance of 50-60 cm from their surface. After that, the roots were stored in polypropylene bags under uncontrolled conditions

of a beet root storehouse. The studies were conducted with three replications. The experiment scheme provided treatment of roots

(50 per each variant) of the multigerm pollinator used to produce a domestic hybrid of RMS 127 with UF-radiation, the exposures

being 60, 90, 120 and 180 sec. (without treatment for the control). In the variant with 180 sec. exposure, a reliable 4-fold reduction of

decayed root quantity and 4.6-fold rotten mass decrease was observed as compared to the control. Besides, losses of planting material

mass during storage decreased from 5.4 % (control) to 2.7 %. Biological efficiency of the treatment was 78.5 %, being the maximum

in the experiment. High safety level of the pollinator mother roots was registered when applying UF-radiation with thy exposures

of 120 sec. Percent of the decayed root became 2 times less, and the rotten mass showed 3.4-fold decrease in comparison with the

control. The mass losses were 2 times less. Biological efficiency of the treatment was 70.81 %. Ultraviolet radiation at the exposures

of 120 and 180 sec had a high biological effect concerning influence on mother root rot spread and development that subsequently

ensured a high yield of seed-bearing plants (0.62 t/ha). Molecular-genetic testing of plants obtained after UV treatment using six

markers for Unigenes microsatellite loci revealed no mutations at a gene level.

Ключевые слова: ультрафиолетовое излучение, компонент

Key words: ultraviolet radiation, sugar beet hybrid component,

гибрида сахарной свеклы, сохранность, семена, SSR-праймеры,

safety, seeds, SSR-primers, PCR.

ПЦР.

Сахарная свекла (Beta vulgaris L.ssp. saccharifera

быстро реагирующую на изменения при хранении (тем-

Alef.) - перекрестно-опыляемая культура с двулетним

пература и влажность среды, распространение и разви-

циклом развития, обладающая рядом рецессивных

тие болезней). В технологии послеуборочного хранения

признаков (односемянность, фертильность и др.),

маточных корнеплодов сахарной свеклы применяют

что в значительной мере определяет сложность ее

различные способы и приемы. Среди них наибольшее

семеноводческого процесса. В первый год жизни

распространение получило хранение с использованием

сахарная свекла образует мощную прикорневую ро-

препаратов фунгицидного действия химической и био-

зетку листьев и маточный корнеплод, который после

логической природы, а также различного вида излучений

высадки на следующий год дает цветоносные побеги,

(инфракрасное, низкоинтенсивное когерентное) [2, 3,

образующие семена [1].

4]. Лучевая обработка представляет собой более эколо-

В производственном цикле высадочного семеновод-

гичный и безопасный способ повышения сохранности

ства сахарной свеклы определяющее значение играет

маточных корнеплодов.

система защиты маточных корнеплодов от неблагопри-

В последние годы с целью сокращения потерь рас-

ятных факторов на стадии послеуборочного хранения,

тительного сырья на стадии хранения все шире исполь-

поскольку они представляют собой лабильную систему,

зуют технологии на основе таких физических методов,

Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 2

как ультрафиолетовое (УФ) и радиационное (гамма,

маркер-ориентированной селекции ВНИИСС им.

рентгеновское) облучение, воздействие электромаг-

А.Л. Мазлумова.

нитных (постоянного, переменного, пульсирующего)

Для изучения УФ-излучения на маточных кор-

и сверхвысокочастотных (СВЧ) полей, микротоковая

неплодах опылителя сахарной свеклы использовали

стабилизация [5, 6, 7].

переносную установку. Источником излучения служила

УФ-излучение - это электромагнитное излучение

бактерицидная (дезинфекционная) лампа Philips TUV

в спектральном диапазоне между видимым и рент-

30W, которая излучает коротковолновые ультрафио-

геновским в интервале от 205 нм до 315 нм. Спектр

летовые лучи с максимумом на длине волны 253,7 нм

УФ-излучения делится на три диапазона: UV-A - длин-

(UV-C). Бактерицидный поток - 11,2 Вт. Обработку

новолновое (315…400 нм); UV-B - средневолновое

маточных корнеплодов проводили с расстояния 50…

(280…315 нм); UV-C - коротковолновое (100…280 нм).

60 см от их поверхности. После этого корнеплоды хра-

Обеззараживание под действием УФ-излучения проис-

нили в полипропиленовых мешках в корнехранилище

ходит в результате фотохимических реакций внутри

в нерегулируемых условиях. Количество корнеплодов

микроорганизмов. Так, большинство используемых для

в пробе - 50 шт. Длительность хранения 167 суток. Все

обеззараживания источников УФ-излучения воздейству-

исследования проводили в трехкратной повторности.

ет на ядра клеток или вирусов, разрушая их ДНК [8].

Математическую обработку экспериментальных данных

Согласно экспериментальным данным у такой обработки

выполняли методом дисперсионного анализа с исполь-

есть ряд преимуществ: УФ-излучение не накапливается

зованием приложение Microsoft Excel.

в продуктах, не изменяет их вкусовых качеств, увеличи-

Схема опыта предусматривала обработку корнепло-

вает срок хранения, то есть служит экологически безо-

дов сростноплодного опылителя гибрида отечественной

пасным способом воздействия на растительное сырье.

селекции РМС 127 УФ-излучением с экспозицией -

При этом главное условие эффективного использования

60 с, 90 с, 120 с и 180 с, контроль - без обработки.

УФ-излучения - правильный выбор режима обработки:

Для молекулярно-генетического тестирования гено-

мощность дозы и время облучения [9, 10].

ма растений изучаемого опылителя выделяли суммар-

В обеспечении защиты растений от заболеваний,

ную ДНК из листового аппарата. ДНК экстрагировали

вызываемых грибами, бактериями и вирусами, задей-

модифицированным SDS-методом с использованием

ствован ряд ключевых механизмов, модификацию кото-

ацетата аммония [14]. Качество выделенной ДНК

рых сейчас уже используют для получения устойчивых

оценивали электрофорезом в 1,2 %-ном агарозном

форм. Известно, что фототрофные организмы (в част-

геле. Классическую ПЦР осуществляли на приборе

ности, сосудистые растения), ведущие прикрепленный

SimpliAmp (ThermoFisherScientific, США). Протокол

образ жизни, периодически попадают под воздействие

ПЦР: предварительная денатурация 94 ºC в течение 4

солнечного света. Естественно, растения проявляют

мин; далее 35 циклов денатурация 94 ºC - 35 с; отжиг - 45

биохимическую и фитохимическую адаптацию к УФ-

с; элонгация при 72 ºC - 60 с; заключительная элонгация

излучению, приобретая защитные механизмы. Однако

при 72 ºC - 7 мин.

молекулярно-генетические механизмы, гены и локусы,

Американскими учеными на основе транскриптома,

реагирующие на ультрафиолетовый стресс, у сахар-

определенного в результате анализа данных экспрессии

ной свеклы изучены не достаточно. Так, недавно был

генов сахарной свеклы, были созданы SSR-маркеры

описан локус, локализованный на хромосоме 4 (Gene

для Unigenes локусов, которые связаны с различными

ID104907676, NCBI), обеспечивающий экспрессию

метаболическими процессами и играют большую роль

белка, ассоциированного с устойчивостью/защитой

в защитных механизмах растений свеклы [15]. Нами

к УФ-излучению. Его экспрессия приводит к увели-

были использованы 6 полиморфных Unigenes-маркеров

чению размеров хлоропластов благодаря повышению

для молекулярно-генетического типирования растений

содержания в них хлорофилла, что сопровождается

из маточных корнеплодов, подвергнутых обработке

стимулированием фотосинтетической активности

УФ-излучением.

растений [11]. На 9 хромосоме (Gene ID104904602,

В работе по типированию изучаемых растений са-

NCBI) локализован ген, ответственный за экспрессию

харной свеклы использовали следующие праймеры к

фермента фотолиаза (ЕС4.1.99.3), которая удаляет пи-

микросателлитным локусам генома сахарной свеклы:

римидиновые димеры, образующиеся в молекуле ДНК

Unigene 24552, Unigene 14805, Unigene7492, Unigene

под действием УФ-излучения. Описанные механизмы

22373, Unigene 27833,Unigene 17623 (табл. 1) [15].

относятся к числу основных, позволяющих растениям

сохранять стабильность/целостность генома [12, 13].

Табл. 1. Характеристика микросателлитных праймеров

В связи с изложенным, актуально совершенствование

технологии хранения маточных корнеплодов сахарной

Прай-

Тm,

Последовательность 5^/- 3^/

Автор

свеклы с применением УФ-излучения.

мер

ºС

Цель исследований - оценить влияние УФ-излучения

Unigene

F:AACAACTCACTCATCCTTCTTC

54,5

Fugate,

на сохранность маточных корнеплодов сахарной свеклы

24552

R:ATGAAAGCAAACGACTAGCAG

2014

и генетическую изменчивость полученных семян.

Unigene F:ACATGTCAACTCTCAACAATCC

-//-

Для ее достижения решали следующие задачи:

14805

R:TCACTAGGAGAAACCCTTC

изучить эффективность УФ-излучения при хранении

маточных корнеплодов сахарной свеклы;

Unigene F: GCTTTCTTCTCATTAGGAACAC

-//-

7492

R: CACGTATTGTTGCCATATCTC

определить последействие УФ-излучения при хра-

нении маточных корнеплодов сахарной свеклы на про-

Unigene F: AAAGGAAACTACCCCTACACTT

-//-

дуктивность семенных растений;

22373

R: AAAGGAGAAAGAAGACGATGAG

провести молекулярно-генетическую оценку измен-

Unigene F: GAGTCATCAACACCAAACTACA

-//-

чивости генома выращенных семян опылителя.

27833

R: ATTAGCCAAGAAAATCACCC

Методика. Экспериментальные исследования про-

Unigene

F: ATTACACCTCAATCTTCCAGC

-//-

водили в лаборатории аналитической оценки техно-

17623

R: AATATTGGCAATCTACCAGC

логического качества сахарной свеклы и лаборатории

Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 2

Табл. 2. Влияние УФ-излучения на сохранность маточных корнеплодов опылителя

Продолжительность УФ облучения

Показатель

Контроль

НСР₀₅

60 с

90 с

120 с

180 с

Загнивших корнеплодов, %

13,33

10,00

6,67

3,33

0,31

Проросших корнеплодов, %

90,00

83,33

80,00

76,67

80,00

3,40

Средняя длина ростков, см

4,00

2,88

2,22

2,06

2,28

0,57

Потери массы, %

5,4

3,8

2,9

2,7

0,48

Среднесуточные потери массы, %

0,032

0,023

0,017

0,016

Масса гнили, %

1,94

1,12

0,70

0,57

0,42

0,05

Биологическая эффективность, %

42,15

64,10

70,81

78,50

Результаты и обсуждение. Обработка маточных

тений опылителя (0,49 т/га) была выше, чем в контроле,

корнеплодов сростноплодного опылителя сахарной

в 1,5 раза (табл. 3). Эффект воздействия УФ-излучения

свеклы гибрида РМС127 перед закладкой на хранение

на урожайность семенных растений сахарной свеклы,

УФ-излучением в различных экспозициях оказала

вероятно, связан с лучшей сохранностью и, как след-

влияние на их сохранность (табл. 2). Так, в варианте

ствие, качеством посадочного материала.

с экспозицией 180 с отмечено достоверное снижение

Амплификация ДНК с использованием SSR-маркеров

количества загнивших корнеплодов, в сравнении с

Unigene 24552, Unigene 17623 и Unigene 27833 не выяви-

контролем, в 4 раза, гнилой массы - в 4,6 раза. Кроме

ла каких-либо изменений в геноме растений. Исключе-

того, потери массы посадочного материала при хранении

ние составило растение под №4 (без обработки, Unigene

сократились с 5,4 % (контроль) до 2,7 %, или в 2 раза.

17623), у которого отмечена потеря одного ампликона

В результате биологическая эффективность обработки

длиной 200 п.н. (рис. 1).

была максимальной в опыте и составила 78,50 %.

Табл. 3. Урожайность гетерозисных семян опылителя

сахарной свеклы

Прибавка к

Вариант

Урожайность, т/га

контролю, %

Контроль

0,33

УФ-излучение

60 с

0,36

9,1

90 с

0,38

15,2

120 с

0,49

48,5

Рис. 1. Электрофоретическое разделение ПЦР-

180 с

0,62

87,9

продуктов, полученных с праймерами к SSR-локусам:

НСР₀₅

0,07

а) Unigene 24552; б) Unigene 17623; в) Unigene 27833:

1 - экспозиция 60 с; 2 - экспозиция 90 с; 3 - экспозиция

120 с; 4 - без обработки; 5 - экспозиция 180 с; М - маркер

Высокая сохранность маточных корнеплодов опы-

молекулярных масс ДНК GeneRuler™ (ThermoScientific,

лителя также отмечена на фоне УФ-излучения в экс-

США).

позиции 120 с. Количество загнивших корнеплодов

снижалась, по отношению к контролю, в 2 раза, гнилой

ПЦР с праймерами Unigene 7492, Unigene 14805 и

массы - в 3,4 раза, потери массы - в 2 раза. Биологиче-

Unigene 22373 в изученных образцах также не выявила

ская эффективность обработки составила 70,81 %.

существенных изменений в геноме изучаемого геноти-

Эффективность УФ-излучения на стадии послеу-

па. Исключение составило растение №5 (180 с, Unigene

борочного хранения маточных корнеплодов сахарной

14805), у которого происходит потеря одного ДНК-

свеклы опылителя гибрида РМС127 может быть связана с

фрагмента, размером 1000 п.н. (рис. 2).

ингибированием микроорганизмов, вызывающих микро-

биологическую порчу посадочного материала. Снижение

численности патогенов при воздействии УФ-излучения на

растительное сырье отмечали многие авторы [16, 17].

Для маточных корнеплодов сахарной свеклы жела-

тельно создавать такие условия хранения, при которых

к завершению этого периода они имели бы здоровые

ростки длиной не более 2…3 см. Ростки более 6 см сви-

детельствуют о несоблюдении температурного режима

хранения. Количество проросших маточных корнепло-

дов опылителя по вариантам опыта варьировало от 76,67

до 90,00 %, а длина ростков не превышала 4,0 см.

Рис. 2. Электрофоретическое разделение ПЦР-продуктов,

Максимальная в опыте урожайность семян опыли-

полученных с праймерами к SSR-локусам: а) Unigene 7492;

теля (0,62 т/га) отмечена в варианте с обработкой поса-

б) Unigene 14805; в) Unigene 22373: 1 - экспозиция 60 с; 2 -

дочного материала УФ-излучением с экспозицией 180

экспозиция 90 с; 3 - экспозиция 120 с; 4 - без обработки;

с, где она была больше, чем в контроле (0,33 т/га), в 1,9

5 - экспозиция 180 с; М - маркер молекулярных масс ДНК

раза. При экспозиции 120 с урожайность семенных рас-

GeneRuler™ (ThermoScientific, США).

Российская сельскохозяйственная наука, 2022, № 2

Можно заключить, что генотипы растений, выращен-

государственного областного университета. Серия:

ных из корнеплодов без УФ-обработки и с обработкой

Физика-Математика. 2017. № 4.С. 24-38.

не различаются. Предположительно, использованные

9. Rai N., Orlando Morales L., Aphalo P. Perception

доза и время экспозиции облучения не вызвали мутаций

of solar UV radiation by plants: photoreceptors and

на генном уровне.

mechanisms // Plant Physiology. 2021. Vol. 186. No. 3.

Таким образом, применение УФ-излучения обеспе-

P. 1382-1396.

чивает лучшую сохранность маточных корнеплодов

10. An Insight into the Abiotic Stress Responses of

сростноплодного компонента гибрида сахарной свеклы

Cultivated Beets (Beta vulgaris L.) / S. Yolcu, H. Alavilli,

РМС127. Обработка корнеплодов перед хранением

P. Ganesh, et al. // Plants. 2022. Vol. 11. No.1 :12 https://

УФ-излучением с экспозицией 120 с и 180 с оказала

www.mdpi.com/2223-7747/11/1/12 (дата обращения:

положительное влияние на продуктивность семенных

15.01.2022).

растений культуры.

11. Tomato UV-B receptor SlUVR8 mediates plant

В результате проведенного молекулярно-генети-

acclimation to UV-B radiation and enhances fruit

ческого скрининга сахарной свеклы, выращенной из

chloroplast development via regulating SlGLK2 /H. Li, Y.

маточных корнеплодов, обработанных УФ-излучением,

Li, H. Deng, et al.// Scientific Reports. 2018. Vol. 8:6097

изменений в их геноме по исследованным SSR-локусах

https://www.nature.com/articles/s41598-018-24309-y

не выявлено.

(дата обращения: 10.01.2022).

12. UVR2 ensures transgenerational genome stability

Литература

under simulated natural UV-B in Arabidopsis thaliana

Репродуктивная биология сахарной свеклы / Т.П.

/E. Willing, Th. Piofczyk, A. Albert, et al. // Nature

Жужжалова, В.В. Знаменская, О.А. Подвигина и др.

Communications. 2016. Vol. 7:13522 https://www.

Воронеж: Тип. ООО «Сотрудничество». 2006. 232 с.

nature.com/articles/ncomms13522 (дата обращения:

Бартенев И.И. Влияние различных условий хранения

12.01.2022).

на поражаемость болезнями и израстание маточ-

13. Rahimzadeh Karvansara P., Razavi S.M. Physiological

ных корнеплодов сахарной свеклы / И.И. Бартенев,

and biochemical responses of sugar beet (Beta vulgaris.

С.В. Сащенко, Д.С. Гаврин и др. // Вестник Алтай-

L) to ultraviolet-B radiation // PeerJ. 2019. Vol. 7: e6790

ского ГАУ. 2015. №6 (128). С. 25-31.

https://peerj.com/articles/6790/ (дата обращения:

Подвигина О.А., Бартенев И.И., Сащенко С.В. Влия-

14.01.2022).

ние низкоинтенсивного когерентного излучения на

14. Efficient and nontoxic DNA isolation method for PCR

сохранность посадочного материала // Лесотехни-

analysis/ A.S. Hussein, A.A. Nalbandyan, T.P. Fedulova,

ческий журнал. 2018. №4. С. 23-28.

et al. // Russian Agricultural Sciences. 2014. Vol. 40.

Смирнов М.А., Бартенев И.И., Нечаева О.М. Эффек-

No. 3. Р. 177-178.

тивный способ хранения маточной сахарной свеклы

15. Generation and Characterization of a Sugar beet

// Сахарная свекла. 2018. №10. С. 28-32.

Transcriptome and Transcript-Based SSR Markers

Современные методы предотвращения микробиологи-

/ K. Fugate, D. Fajardo, B. Schlautman, et al. // The

ческой порчи и увеличения сроков хранения продукции

Plant Genome. 2014. Vol. 7. No. 2. P. 1-13. https://

растениеводства / Т.В. Першакова, Г.А. Купин, В.Н.

www.academia.edu/18441682/Generation_and_

Алешин и др. // Международный журнал гуманитарных

Characterization_of_a_Sugarbeet_Transcriptome_and_

и естественных наук. 2018. №9. С. 115-121.

Transcript_Based_SSR_Markers (дата обращения:

Цыгвинцев П.Н. Торможение физиологических

20.01.2022).

процессов в клубнях картофеля после облучения //

16.Влияние комбинирования микроволнового и ультра-

Международный журнал прикладных и фундамен-

фиолетового методов обработки растительного

тальных исследований. 2018. №11.С. 341-345.

сырья на ингибирование культуры Salmonella /

Effect of gamma irradiation on microbial quality of

А.Ю. Колоколова, Н.В. Илюхина, М.В. Тришка-

minimally processed carrot and lettuce: A case study

нева и др. // Вестник ВГУИТ. 2020. Т. 82. №. 1.

in Greater Accra region of Ghana / G.K. Frimpong,

С. 76-81.

I.D. Kottoh, D.O. Ofosu, et al. // Radiation Physics and

17. Курбанова М.Н. Влияние γ и УФ-излучения на сни-

Chemistry.2015.Vol. 110. P. 12-16.

жение микробиальной обсемененности и ягод чер-

Современные направления развития источников УФ-

ной смородины и плодов вишни / М.Н. Курбанова,

излучения бактерицидного диапазона / А.С. Бугаев,

М.Т. Левшенко, А.Ю. Колоколова и др. // Известия

Е.П. Шешин, Д.И. Озол и др. // Вестник Московского

ВУЗов. Пищевая технология. 2018. № 5-6. С. 64-67.

Поступила в редакцию 16.02.2022

После доработки 01.03.2022

Принята к публикации 25.03.2022