Justification of the criteria of soybean selection for increased frost resistance based on the phenomenon of cytocolloids cryogenic sedimentation (review) | Обоснование критериев селекционного отбора форм сои с повышенной заморозкоустойчивостью на основе явления криогенной седиментации цитоколлоидов (обзор)

English. Duringseries of experiments, soybean, lupine and flax cell cytoplasm was frozenat temperatures from - 3 to -20 deg.C, and residual concentrations of cytosols was determined.In the result, the main provisions of the colloidal hypothesis of soybean frost resistance based on the phenomenon of cryogenic cytocolloid sedimentationwere formulated. According to this hypothesis, the cytoplasm of soybean is a water-colloidal solution (cytosol). The colloidal cytosol micelles, due to the surface charge, partially bind water molecules, preventing its crystallization at subcritical negative temperatures. The prolonged effect of negative temperatures on overcooled cytosol leads to a continuous decrease in the surface charges of colloidal micelles, their critical mutual approach and unification into coarse aggregates (coagulates) and gravitational sedimentation. The cytosol solution after the precipitation of colloids into an insoluble residue, acquires the properties of true solutions with a crystallization point near to 0deg. C, and rapidly crystallizes. The coagulation and sedimentation rates of cytocolloids of soybean cytosol are determined by theirstructural resistance to cryogenic loss of the surface charges of micelles. We formulated the main criteria of the cryo-sedimentation method of soybean selection for increased frost resistance and the equation for calculating the thermodynamic stability of the cytosol to negative temperatures. The article shows that the thermodynamic cold resistance of soybean cytosol will be the higher, the smaller the difference between the initial and sedimented concentrations at near-critical negative temperatures, and the higher the difference between the near-critical and above critical concentrations of the cytosol. Using the early spring field sowings and the laboratory cryo-sedimentation method, we selected and sent to the State variety trial a series of cold-resistant soybean varieties with the field frost resistance in the phase of primordial leaves up to minus 5.0 deg.C.

Russian. Проведена серия экспериментов с промораживанием клеточного сока сои, люпина узколистного и льна обыкновенного при температурах от -3 до -20 град. С и определением остаточных концентраций цитозолей. В результате сформулированы основные положения коллоидной гипотезы заморозкоустойчивости сои на основе явления криогенной седиментации цитоколлоидов. Согласно этой гипотезе, цитоплазма сои представляет собой водно-коллоидный раствор (цитозоль). Коллоидные мицеллы цитозоля за счёт поверхностного заряда частично связывают молекулы воды, препятствуя её кристаллизации при докритических отрицательных температурах. Длительное воздействие отрицательных температур на переохлаждённый цитозоль ведёт к непрерывному уменьшению поверхностных зарядов коллоидных мицелл, их критическому взаимному сближению и объединению в крупные агрегаты (коагуляты) и гравитационной седиментации. Раствор цитозоля после выпадения коллоидов в нерастворимый осадок, приобретает свойства истинных растворов с близкой к 0 град. С точкой кристаллизации и стремительно кристаллизуется. Скорость коагуляции и седиментации цитоколлоидов соевого цитозоля определяется их структурной устойчивостью к криогенной потере поверхностных зарядов мицелл. Сформулированы основные критерии криоседиментационного метода селекционного отбора сои на повышенную заморозкоустойчивость и уравнение расчёта термодинамической устойчивости цитозоля к отрицательным температурам. Показано, что термодинамическая холодоустойчивость цитозоля сои будет тем выше, чем меньше разница между начальной и седиментировавшей при околокритических отрицательных температурах концентрациями и чем выше разница между околокритической и сверхкритической концентрациями цитозоля. С использованием ранневесенних полевых посевов и лабораторного криоседиментационного метода выделена и передана на государственное сортоиспытание серия холодоустойчивых сортов сои с полевой заморозкоустойчивостью в фазе примордиальных листьев до -5,0 град. С.