close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3277

код для вставкиСкачать
???????????????????? ????????
ISSN 0131-6397
????????????????????
????????
?1/2009
(1-128)
?????? 70804
ISSN 0131-6397
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
??????????
????????
????????????????????
????
????????????????????
????????
?????
????????
????????
?1/2009
?1
2009
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
А.А. ЖУЧЕНКО ? председатель
В.М. АНАНЬИНА, Н.Н. БАЛАШОВА, Л.А. БЕСПАЛОВА, А.А. ГОНЧАРЕНКО,
П.Л. ГОНЧАРОВ, И.В. ГОРБАЧЕВ, Н.И. ДЗЮБЕНКО, В.А. ДРАГАВЦЕВ,
С.С. ЛИТВИНОВ, В.М. ЛУКОМЕЦ, К.В. НОВОЖИЛОВ, В.Ф. ПИВОВАРОВ,
И.В. САВЧЕНКО, Б.И. САНДУХАДЗЕ, Е.Н. СЕДОВ, И.А. ТИХОНОВИЧ,
И.Е. УГРЮМОВА (зам. главного редактора), Л.М. ФЕДОРОВА (главный
редактор), Е.М. ХАРИТОНОВ, Л.В. ХОТЫЛЕВА, А.К. ЧАЙКА
EDITORIAL BOARD
A.A. ZHUCHENKO - Chairman of the Editorial Board
V.M. ANANYINA, N.N. BALASHOVA, L.A. BESPALOVA, A.A. GONCHARENKO,
P.L. GONCHAROV, I.V. GORBACHEV, N.I. DZYUBENKO, V.A. DRAGAVTSEV,
S.S. LITVINOV, V.M. LUKOMETS, K.V. NOVOZHILOV, V.F. PIVOVAROV,
I.V. SAVCHENKO, B.I. SANDUKHADZE, E.N. SEDOV, I.A. TIKHONOVICH,
I.E. UGRYUMOVA (assistant editor-in-chief), L.M. FEDOROVA (editor-in-chief),
E.M. KHARITONOV, L.V. KHOTYLEVA, A.K. CHAIKA
Журнал входит в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и
изданий в Российской Федерации (Перечень ВАК), в которых должны быть
опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание
ученой степени доктора и кандидата наук (по агрономии и лесному
хозяйству, а также по биологическим наукам).
Научные редакторы И.Е. УГРЮМОВА, Е.В. КАРАСЕВА, Л.М. ФЕДОРОВА
Компьютерный набор Д.Р. РАШИДОВА
Корректор М.Л. ГЕНИНГ
Адрес редакции:
127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42, офисы 258, 259,
журнал «Сельскохозяйственная биология»
Телефон/факс: + 7 (495) 977-88-19
E-mail: [email protected] Сайт в Интернете: www.agrobiology.ru
Учредитель ? Российская академия сельскохозяйственных наук
Рег. № 01019 от 23 апреля 1992 года Министерства печати и информации РФ
Типография Россельхозакадемии: 115598 г. Москва, ул. Ягодная, д. 12
Формат 70Ч108 1/16. Печать офсетная. Заказ
© «Сельскохозяйственная биология», 2009
Цена 370 р.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Обзоры, проблемы, итоги
УДК 633.111:581.19:575:577.2:631.527
ПУРОИНДОЛИНЫ В СВЯЗИ С ПЕРСПЕКТИВАМИ СЕЛЕКЦИИ
МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ НА КАЧЕСТВО И УСТОЙЧИВОСТЬ
(обзор иностранной литературы)
А.Г. ХАКИМОВА, О.П. МИТРОФАНОВА
Обсуждаются результаты молекулярно-генетического изучения текстуры эндосперма
зерновки у мягкой пшеницы. Рассматриваются биохимические характеристики пуроиндолинов ?
одного из главных семейств липопротеидов, определяющих различия текстуры эндосперма, генетический контроль этих белков и географическое распространение аллелей генов. Обсуждаются
перспективы использования генетического разнообразия пуроиндолинов в селекции на улучшение
мукомольных, хлебопекарных и кондитерских свойств зерна, качества кормов и повышение устойчивости растений к патогенам.
Ключевые слова: мягкая пшеница, пуроиндолины, твердозерность/мягкозерность, качество зерна.
Key words: common wheat, puroindolines, hardness/softness, grain quality.
Прорыв в познании молекулярно-генетических основ клейковинного комплекса белков зерна пшеницы, в том числе в определении роли
пуроиндолинов, влияющих на формирование текстуры эндосперма, позволяет обозначить перспективы селекции с использованием генетического
разнообразия аллелей генов, контролирующих пуроиндолины.
Текстура зрелого эндосперма, представляющая собой один из важнейших показателей качества зерна у мягкой пшеницы, обусловлена сцеплением белков матрикса эндосперма с крахмальными зернами. По сравнению с зерновками, имеющими мягкий эндосперм, у сортов с твердым помол зерна ? продолжительная и энергоемкая процедура. При этом получается мука с более крупными частицами (выход также зависит от текстуры зерновки), содержащая большое число поврежденных крахмальных зерен, с чем связана ее высокая водопоглотительная способность. Из-за доступности большего количества углеводов в качестве субстрата для дрожжей мука из зерна сортов мягкой пшеницы с твердым эндоспермом предпочтительна для выпечки дрожжевого хлеба, с мягким ? бездрожжевого и
кондитерских изделий (сухого печенья, кексов, тортов и др.) (1). Товарные
классификации зерна в некоторых странах основаны на особенностях текстуры эндосперма; в России этот показатель не учитывается.
Из известных методов измерения твердости зерна широко используются два ? определение индекса размера частиц (particle size index, PSI)
по доле выхода муки, просеянной через сита определенного размера (2, 3),
и применение инфракрасной спектроскопии в ближнем диапазоне излучений (near infrared spectroscopy, NIRS) (3, 4). Типичные значения PSI для
муки, размолотой на мельнице UD-cyclone (Швеция), варьируют в пределах 60-70 для мягкозерной и 45-60 для твердозерной пшеницы.
С помощью NIRS (5) параметры качества определяли на суммарных навесках цельно смолотого зерна, а с конца 1990-х годов несколько
компаний предложили поставлять автоматизированные системы, позволяющие определять содержание белка, твердость зерна и другие показатели на единичных зерновках. Наиболее широко используется Single Kernel
Characterization System 4100 (SKCS) (Perten Instruments North America Inc.,
США) (3, 6). Для стандартизации приборов и измерения твердости эндос3
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
перма применяются эталонные образцы зерна генетически чистых мягкозерных и твердозерных сортов мягкой пшеницы (7). Эталонный набор
включал следующие сорта: твердозерные ? TAM 105, Arapahoe, Newton,
Yecorn Rojo, Lan, мягкозерные ? Cardinal, Titan, Madsen, Malcolm, Tes.
При анализе на SKCS у сортов из первой группы значения твердости составили 60-80, второй ? 20-40 ед.
Первые генетические исследования характера наследования текстуры зрелого эндосперма были выполнены на гибридах от скрещивания
твердозерной мягкой пшеницы сорта Falcon с мягкозерной сорта Heron
(8) и показали, что различия сортов по этому признаку контролируются одним геном. В этой же работе при анализе F1 гибридных популяций от семи
других скрещиваний между твердозерной и мягкозерной пшеницей наряду
с основным были выявлены минорные гены, влияющие на степень проявления признака. Ген, контролирующий твердый эндосперм, локализовали в
коротком плече хромосомы 5D и обозначили Ha (Hardness) (хотя доминантным признаком фактически была мягкая текстура эндосперма) (9, 10).
Б и о х и м и ч е с к а я х а р а к т е р и с т и к а и л о к а л из а ц и я п у р о и н д о л и н о в. Более глубокое понимание свойств
текстуры эндосперма пришло в результате обнаружения белка, названного
friabilin (11) с молекулярной массой 15 кДа, который присутствует в отмытом водой крахмале на поверхности крахмальных зерен, причем в большом
количестве у мягкозерных сортов мягкой пшеницы, в незначительном ? у
твердозерных и не выявляется у тетраплоидной пшеницы Triticum durum
Desf. Описаный белок стали рассматривать в качестве маркера мягкозерности. Оказалось, что его накопление в семенах пшеницы, как и признак
твердозерности, контролируется коротким плечом хромосомы 5D (12), на
основании чего предположили, что friabilin ? продукт гена Ha. В подтверждение гипотезы было показано, что содержание белка friabilin и степень мягкости эндосперма зависят от дозы доминантных аллелей гена Ha :
гомозигота HaHaHa характеризуется большим количеством этого белка и
мягкой текстурой зерна, hahaha ? незначительным количеством и твердым эндоспермом; промежуточные значения обоих показателей наблюдали у гетерозигот HaHaha и Hahaha (13).
Биохимические исследования установили, что friabilin состоит из
пуроиндолинов (puroindolines) и семейства белков мягкозерности (grain
softness protein family, GSP-1) (12, 14-16). Пуроиндолины как поверхностно активные белки взаимодействуют с липидами мембран крахмальных
зерен, образуя своеобразную прослойку между ними и белковым матриксом зерна, и тем самым предохраняют крахмальные зерна от разрушения
при размоле.
Впервые сильно основной амфифильный белок (pI = 11), богатый
остатками цистина и триптофана и названный пуроиндолином, выделили
в начале 1990-х годов из эндосперма мягкой пшеницы французского сорта
Camp Remy с использованием неионного детергента Тритона X-114 (17).
При разделении SDS-электрофорезом выявлены две изоформы белка с
очень близкой электрофоретической подвижностью ? пуроиндолин a
(PINA) и пуроиндолин b (PINB). Полипептидная цепь PINA содержала
115 аминокислотных остатков и формировала пять равномерно расположенных дисульфидных мостиков; особенность полипептида ? присутствие
уникального богатого триптофаном домена (БТД) в положении с 38-го по
45-й аминокислотный остаток: Trp?Arg?Trp?Trp?Lys?Trp?Trp?Lys.
Аналогичный домен PINB включал Trp?Pro?Trp?Trp?Trp?Lys (14). В
целом между PINA и PINB обнаружено около 60 % гомологии. Гены, кодирующие каждый из этих белков, оказались полностью сцепленными
4
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
между собой и с Ha локусом в хромосоме 5DS.
В зерновке пшеницы содержание пуроиндолинов составляет 0,070,10 % от сухого вещества (18). Эти белки относят к классу альбуминов,
однако они легко растворяются в воде только после высвобождения из
прочного липидно-белкового комплекса мембран крахмальных зерен (18).
Продемонстрировано, что PINA и PINB по-разному взаимодействовали с
фосфо- и гликолипидами эндосперма. Их комплекс с полярными липидами мембран стабилизируют ионные, водородные и гидрофобные связи,
причем БТД важен для этого взаимодействия.
Белки GSP-1 отвечают за 5 % уровень различий твердости эндосперма (19). По первичной структуре GSP-1 подобны пуроиндолинам, но у
них большая часть остатков триптофана заменена на фенилаланин. Гены,
контролирующие GSP-1, локализованы в каждой из трех хромосом 5-й
гомеологичной группы, в хромосоме 5D один из генов сцеплен с генами
пуроиндолинов (20).
Пуроиндолины синтезируются в форме предшественника и превращаются в зрелые белки посредством сайт-специфического ограниченного протеолиза (14). С использованием моноклональных антител к PINA
и PINB выявлена локализация этих белков (21, 22): PINA расположен в
эндосперме и взаимодействует с белковым матриксом и крахмальными
гранулами, PINB ? в мелких включениях в алейроновом слое и эндосперме. Поскольку пуроиндолины не обнаруживали в листьях и корнях
растений, пришли к выводу, что это специфические запасные белки зерна
(14, 23). Их иРНК накапливалась через 8-12 сут после опыления, ее количество достигало максимума на 26-36-е сут, затем быстро снижалось. Зрелые синтезированные белки, возможно, хранятся в белковых телах (21).
Разнообразие спонтанных мутаций генов
п у р о и н д о л и н о в. В настоящее время у мягкой пшеницы выявлено
5 мутантных аллелей гена, контролирующего PINA, и 13 аллелей гена, отвечающего за PINB.
Первая из идентифицированных спонтанных мутаций, связанных с
твердой текстурой эндосперма (аллель Pinb-D1b), изменяла аминокислотную последовательность PINB (24) (замена гуанина на аденин в первой
позиции триплетного кодона для глицина, что приводило к замещению
этого аминокислотного остатка серином в позиции 46). Вторая (Pinа-D1b),
также контролирующая проявление этого признака, изменяла PINA: мутация оказалась нуль-аллелем, при наличии которого не обнаруживался ни
белок, ни его иРНК (25). Затем были найдены другие мутации, влияющие
на синтез пуроиндолинов и текстуру эндосперма (табл. 1).
В большинстве случаев эти мутации представляли собой либо замену, вставку или выпадение единичного нуклеотида, что обусловливало
замену какой-либо аминокислоты в белковой молекуле или прекращение
синтеза белка вследствие появления бессмысленного кодона (nonsense
codon), либо замену целого ряда аминокислотных остатков и прекращение
синтеза полипептида за счет сдвига рамки считывания с образованием такого кодона. Следует отметить, что все выявленные мутации затрагивали
или доменный участок полипептидной цепи пуроиндолинов, или участки,
расположенные близко к нему. Только в одном случае у замещенной линии Chinese Spring/Red Egyptian 5D была обнаружена делеция, сопровождающаяся элиминацией сразу трех генов ? Pina, Pinb и GSP-D1 (19). Для
идентификации такого рода наследственного изменения аллели генов обозначили как Pina-D1k, Pinb-D1q и GSP-D1i (28). Текстура эндосперма зерновки указанной замещенной линии характеризовалась очень высокой
5
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
степенью твердости, соизмеримой с показателем зерна тетраплоидной
твердой пшеницы. Новые мутации генов пуроиндолинов ежегодно систематизируются и уточняются в Приложениях к каталогу генных символов
пшеницы (28, 29).
1. Молекулярные изменения нуклеотидной последовательности участка ДНК и
кодируемых им пуроиндолинов у мягкой пшеницы (по данным ссылок 26-32)
Аллель гена
Pinb
Pina
гена
Изменение
аминокислотной последовательности
Мягкая текстура эндосперма
Аллели дикого типа
Твердая текстура эндосперма
Pina-D1b Pinb-D1a Нуль-аллель
Pina-D1a Pinb-D1b G(223)GC?A(223)GC
Gly-46?Ser-46
То же
Pinb-D1c CT(266)G?CC(266)G
Leu-60?Pro-60
То же
Pinb-D1d T(217)GG?A(217)GG
Trp-44?Arg-44
То же
Pinb-D1e Нуль-аллель: TGG(204)?TGA(204) ? Терминация трансляции в позиции Trp-39
нонсенс-кодон
То же
Pinb-D1f
Нуль аллель: TGG(219)?TGA(219) ? Терминация трансляции в позиции Trp-44
нонсенс-кодон
То же
Pinb-D1g Нуль-аллель: TGC(255)?TGA(255) ? Терминация трансляции в позиции Cys-56
нонсенс-кодон
То же
Pinb-D1l
A(220)AG?G(220)AG
Lys-45?Glu-45
То же
Pinb-D1p Выпадение нуклеотида (A)?сдвиг Lys-42?Asn-42 и терминация трансляции в
рамки считывания и появление
позиции Pro-60
нонсенс-кодона
То же
Pinb-D1r
Вставка G?сдвиг рамки считывания Терминация трансляции в позиции 47
и появление нонсенс-кодона
То же
Pinb-D1s
Вставка G и замена A(205) на G
Терминация трансляции в позиции 47
(205)?сдвиг рамки считывания и
появление нонсенс-кодона
То же
Pinb-D1t
G(226)GC?C(226)GC
Gly-47?Arg-47
То же
Pinb-D1q* TG(218)G?TT(218)G
Trp-44?Leu-44
Pina-D1k Pinb-D1q* Делеция, сопряженная с элиминацией генов Pina, Pinb и GSP-1
Pina-D1l Pinb-D1a Нуль-аллель: выпадение С(265)?
сдвиг рамки считывания и появление
нонсенс-кодона
Pina-D1m
То же
С(187)CG?T(187)CG
Pro-35?Ser-35
Pina-D1n
То же
Терминация трансляции в позиции Trp-43
Замена G?A
* Одинаковое обозначение разных мутаций, пока не приведенных в единую систему.
Pina-D1a
Pinb-D1a
Распространение мутантных аллелей генов
Pina и Pinb у м я г к о й п ш е н и ц ы р а з л и ч н о г о г е о г р а ф и ч е с к о г о п р о и с х о ж д е н и я. Для изучения распределения мутаций генов пуроиндолинов среди яровой и озимой мягкой пшеницы разного географического происхождения использовали геномную
ДНК, выделенную из листьев проростков, и специфические праймеры,
которые в полимеразной цепной реакции (ПЦР) амплифицировали фрагменты ДНК, соответствующие полной последовательности генов пуроиндолинов или ее части (14, 24, 26). Электрофоретический анализ продуктов
амплификации, их секвенирование и сравнение полученных нуклеотидных
последовательностей с последовательностями известных аллелей позволили судить о сходстве и различии мутаций. Молекулярные исследования
обычно дополнялись оценкой репрезентативных выборок зерновок по твердости и SDS-электрофорезом пуроиндолинов в полиакриламидном геле
(табл. 2). Для сравнения выборок мягкозерных и твердозерных образцов
различного происхождения нами рассчитана частота встречаемости (%)
аллелей на основании приведенных данных. Отметим, что в каждой из исследованных выборок были выявлены также гетерогенные образцы, представленные смесью мягкозерных и твердозерных биотипов, которые при
расчетах не учитывали.
6
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Выборки сортов мягкой пшеницы из Северной Европы, Северной
Америки и Южной Австралии включали больше твердозерных образцов,
чем выборка сортов из Китая. В ней мягкозерные образцы преобладали не
только среди местных и старых селекционных сортов, но также среди современных селекционных. По мнению F. Chen с соавт. (32), высокая частота встречаемости мягкозерной пшеницы китайского происхождения ?
во-первых, результат использования зерна в основном для приготовления
парового хлеба и лапши, во-вторых, того, что селекция на улучшение хлебопекарного качества до 1990-х годов не велась. Китайская мягкая пшеница характеризовалась также тем, что, кроме часто встречающихся во
всех выборках мутантных аллелей Pina-D1b и Pinb-D1b, у значительной
части сортов присутствовал аллель Pinb-D1p, который в других выборках
не обнаружен, а также три редких аллеля ? Pina-D1m, Pinb-D1d и PinbD1t. Таким образом, рецессивные мутации обоих пуроиндолиновых генов,
определяющих твердость эндосперма, случайно или по каким-либо причинам сохранились в генофонде китайской мягкой пшеницы. Представляет интерес факт достаточно высокой частоты мутантного аллеля Pinb-D1c у
североевропейских сортов, в то время как в других выборках он или не
выявляется, или встречается с низкой частотой.
Изучение исторически важных линий хлебной пшеницы, полученных в Мексике, показало, что с начала селекционных программ в CIMMYT (International Maize and Wheat Improvement Center) преобладал аллель Pina-D1b: из 373 линий 328 были твердозерными, из них 283 содержали этот аллель (35), остальные несли аллель Pinb-D1b. Информация о
сортах ? носителях различных аллелей генов пуроиндолинов в настоящее
время достаточно полно систематизирована (36, 37).
Отметим, что сведений об аллелях генов пуроиндолинов, присутствующих в российских сортах, практически нет. Известно только, что для
американских твердозерных сортов Calcutta, Ruby, Red Bobs и Supreme источниками мутантного аллеля Pinb-D1c, по-видимому, были сорт Онега и
сорт Ладога, представленный смесью мягкозерных и твердозерных биотипов, при этом последние имели аллель Pinb-D1c. Возможными источниками аллеля Pinb-D1b могли быть сорта Turkey и Red Five, принадлежащие
крымской группе твердозерной мягкой пшеницы (33).
В коллекции пшеницы Всероссийского НИИ растениеводства
им. Н.И. Вавилова имеются образцы ? источники аллелей дикого типа
обоих генов пуроиндолинов, а также мутантных генов Pina-D1b, Pinb-D1b,
Pinb-D1c, Pinb-D1d, Pinb-D1e и Pinb-D1g (преимущественно селекционные
сорта яровой и озимой мягкой пшеницы, поступившие в разное время из
США и Канады).
П у р о и н д о л и н ы р е д к и х в и д о в п ш е н и ц ы, э г ил о п с а и д р у г и х з л а к о в. С реди культурных растений, представляющих настоящие злаки, пуроиндолины отсутствуют у риса, сорго,
кукурузы (38) и содержатся в семенах разных видов пшеницы (21), эгилопса (39), овса (40), ячменя (41), ржи и тритикале (38, 42). Они выявлены
у всех диплоидных видов пшеницы, но не обнаружены у тетраплоидных
(вероятно, вследствие утраты в процессе эволюции) (38). Гексаплоидные
пшеницы получили функционально активные аллели, контролирующие
эти белки, от Aegilops tauschii Coss. ? донора генома D. Анализ 50 образцов этого вида показал, что 13 имели такие же аллели дикого типа, как и
мягкозерная мягкая пшеница (43), у 14 наблюдали сходные изменения по
единичному нуклеотиду в последовательности гена Pina (мутантный аллель обозначили как Pina-D1c). У ряда образцов последовательности различались по 2-3 нуклеотидам в четырех полиморфных сайтах (аллели Pina7
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
8
2. Частота (%) мутантных аллелей генов, контролирующих пуроиндолины, в выборках образцов мягкой пшеницы разного экологогеографического происхождения
Группа образцов (n)
мягкая
D1a
D1a
D1b
D1a
D1a
D1b
Образцы из Северной Европы
(343)
9,6
5,2
53,9
Современные селекционные
сорта озимого типа развития
из Китая (198)
39,9
8,1
46,0
Местные сорта из Китая (167)
56,6
19,3
5,4
Старые селекционные сорта
из Китая (143)
52,4
23,1
17,5
Сорта озимого типа развития
из Северной Америки (59)
8,5
88,1
Сорта ярового типа развития
из Северной Америки (80)
11,3
22,5
58,8
Сорта из Южной Австралии
7,0
20,9
72,1
(43)
П р и м е ч а н и е. Пропуски означают, что аллели не обнаружены.
Текстура эндосперма, аллели генов Pina-Pinb
твердая
D1a
D1a
D1a
D1a
D1a
D1с
D1d
D1e
D1g
D1p
30,3
D1a
D1t
0,9
Ссылка
литературы
(26)
1,0
5,0
17,5
7,0
1,7
5,0
D1m
D1a
2,5
1,7
0,6
1,2
(31)
(32)
(32)
(33)
(33)
(34)
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
D1d, Pina-D1e и Pina-D1f ). Изменения в нуклеотидных последовательностях гена Pinb по сравнению с аллелями дикого типа были обнаружены в
33 сайтах. Трем уникальным мутантным аллелям присвоили символы PinbD1h, Pinb-D1i и Pinb-D1j. В работе M.C. Simeone с соавт. (44) приведены
нуклеотидные последовательности кодирующих и некодирующих участков
генов пуроиндолинов, содержащих регуляторные элементы, для 28 диплоидных видов пшеницы и эгилопса. Важно отметить, что у изученных диплоидных видов пшеницы и эгилопса Ae. tauschii, Ae. uniaristata Vis, Ae. sharonensis Eig, Ae. speltoides Tausch, Ae. bicornis (Forsk) Jaub. et Spach., Ae. caudata L., Ae. comosa Sibth. et Sm., Ae. umbellulata Zhuk. и Ae. neglecta = Ae.
recta (Zhuk.) Chennav. выявлено больше мутаций генов пуроиндолинов,
чем у мягкой пшеницы, однако зерновки у всех этих видов имели мягкую
текстуру эндосперма, поскольку мутации не влияли на третичную структуру
пуроиндолинов и не нарушали связывания этих белков с липидами мембран крахмальных зерен (45). Тетраплоидный вид Ae. ventricosa Tausch (2n =
4x = 28; геном DVDVNVNV), также мягкозерный, в отличие от других исследованных обладал активными аллелями сразу четырех генов: Pina-D1a
и Pinb-D1h в хромосоме 5DV и Pina-N1a и Pinb-N1a в хромосоме 5NV (46).
Первые два аллеля ранее выявили у мягкой пшеницы и Ae. tauschii, два
других, локализованных в геноме N, обнаружили впервые. Белок PINA,
кодируемый Pina-N1a, отличался от белка дикого типа большим числом
аминокислотных замен, в то время как в PINB имелась только одна замена в области БТД ? лизина на аргинин в позиции 42.
Молекулярные эволюционные изменения в локусе Ha у пшеницы,
эгилопса, ржи и ячменя описаны детально (47-50).
Перспективы селекции по использованию
р а з н о о б р а з и я а л л е л е й г е н о в п у р о и н д о л и н о в.
Первостепенную роль в определении качества зерна пшеницы играют запасные белки ? глютенины и глиадины, образующие клейковинный комплекс,
а также минорные компоненты эндосперма, в том числе пуроиндолины.
Создание сортов мягкой пшеницы с различными мукомольными, хлебопекарными и кондитерскими свойствами зерна. Как уже отмечалось, наибольшие показатели твердости зерна имеют тетраплоидные пшеницы, у которых отсутствуют гены пуроиндолинов. В пределах твердозерной и мягкозерной мягкой пшеницы выявлены существенные различия по текстуре
эндосперма, благодаря чему посредством скрещивания между собой твердозерных сортов, мягкозерных сортов, а также гибридизации твердо- и
мягкозерных можно улучшать текстуру эндосперма и связанные с ней
признаки качества (51-53).
Оценка 40 французских мягкозерных и твердозерных сортов пшеницы, выращенных в четырех географических пунктах, по 11 признакам
хлебопекарного качества показала, что различия по количеству пуроиндолинов значимо не влияли на суммарное содержание белка в зерне, но отрицательно коррелировали с объемом хлеба (54). Расчеты множественных коэффициентов корреляций, выполненные для каждого из двух классов сортов, указали на значимую роль PINB для хлебопекарных свойств муки: разное содержание этого белка у сортов с мягкой текстурой зрелого эндосперма было сопряжено с различиями по силе теста, объему и пористости хлеба.
Для получения мягкозерных сортов мягкой пшеницы необходимо
присутствие обоих пуроиндолиновых белков ? PINA и PINB, причем дикого типа. С использованием методов генной инженерии на твердозерных
сортах мягкой пшеницы было изучено влияние присутствия дополнительных копий аллелей Pina-D1a и Pinb-D1a на текстуру эндосперма и свойства муки. У трансгенных линий, полученных на основе сорта Bobwhite (ге9
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
нотип Pina-D1b/Pinb-D1a), наблюдали накопление Pina-транскрипта в результате введения копий Pina-D1a (55). При этом по сравнению с нормальной мягкозерной пшеницей суммарное содержание PINA и PINB
увеличивалось в 2,5 и 5,5 раза, а их количество в связанном с крахмалом
комплексе friabilin ? соответственно в 3,8 и 7,8 раза. У самого сорта Bobwhite связанного с крахмалом PINA не выявлено, у трансгенных линий
этого белка было в 5,7-13,7 раза больше, а связанного PINB ? в 0,9-2,5
раза больше, чем у контрольного мягкозерного сорта.
На серии трансгенных изолиний другого твердозерного сорта мягкой пшеницы Hi-line (генотип Pina-D1a/Pinb-D1b) изучали пригодность
муки для хлебопечения и кондитерского использования (56). Трансгенные
линии HGA, HGB и HGAB с дополнительными копиями аллелей дикого
типа (соответственно Pina-D1a, Pinb-D1a или Pina-D1a + Pinb-D1a) различались по степени мягкости эндосперма, а также составу фракций и общему выходу муки: для HGAB и Hi-line выход муки тонкого помола составил соответственно 404 и 202 г?кг?1, общий ? 711 и 744 г?кг?1. По сравнению с исходным сортом и линией HGA у линий HGAB и HGB в полученной муке содержание золы и поврежденных крахмальных зерен ниже, то
есть ее предпочтительнее использовать для кондитерского производства. На
гибридах, полученных от скрещивания трансгенных линий с мягкозерным
сортом Heron и твердозерными сортами мягкой пшеницы, также показано,
что Pinb-D1a по сравнению с Pina-D1a в большей степени увеличивает общее количество белков, связанных с крахмалом, и мягкость зерна (57, 58).
Особый интерес в качестве исходного материала для селекции мягкой
пшеницы представляет описанная замещенная линия Chinese Spring/Red
Egyptian 5D. С одной стороны, с ее использованием при дополнительном
введении генов, определяющих желтую окраску семолины, белую ? зерновки, а также низкую полифенолоксидазную активность, могут быть получены сорта мягкой пшеницы с качеством муки, приемлемым для производства макарон (19). С другой стороны, передав в генотип линии аллели генов
пуроиндолинов от диплоидных доноров, удалось увеличить степень мягкости
эндосперма по сравнению с мягкой пшеницей (12, 15, 45). Были получены
два типа линий: у одних пара хромосом 5А мягкой пшеницы замещена на
пару хромосом 5Am от культурной однозернянки T. monococcum L., у других ? хромосомы 5B замещены хромосомами 5Ss от Ae. searsii Feldman and
Kislev ex K. Hammer. На основе этих линий и сорта Chinese Spring, несущего аллели дикого типа генов пуроиндолинов в хромосоме 5D, были созданы новые гексаплоидные линии, содержащие четыре (состав хромосом
5Am5Am5D5D или 5Ss5Ss5D5D) и шесть (5Am5Am5Ss5Ss5D5D) копий генов
этих белков. Введение каждой дополнительной копии Pina-D1a и Pinb-D1a
увеличивало мягкость зерна примерно на 10 ед. при оценке на SKCS по
сравнению с этим показателем для Chinese Spring. Замещенная линия с
хромосомами от культурной однозернянки имела более мягкий эндосперм,
чем исходный сорт.
Поскольку введение в генотип мягкой пшеницы хромосом культурной однозернянки приводило к увеличению мягкости зерна, попытались создать линии, несущие небольшой участок хромосомы 5Am, чтобы
исключить нежелательные эффекты имеющихся в ней других генов в отношении хозяйственно ценных признаков (59). Отобраны генотипы, содержащие сегмент этой хромосомы размером 6,3 сМ (centimorganide) в
хромосоме 5D мягкой пшеницы, который расположен проксимально по
отношению к локусу Ha. Тесно сцепленные с введенным сегментом молекулярные маркеры облегчают контроль его передачи в создаваемые сорта.
Перспективный исходный материал для расширения разнообразия
10
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
аллелей генов пуроиндолинов, повышающих мягкость текстуры эндосперма, создан в CIMMYT. Среди гексаплоидных линий синтетической пшеницы (2n = 6x = 42, AABBDD), полученной от скрещивания разных сортов T. durum (2n = 4x = 28, AABB) с образцами Ae. tauschii (2n = 2x = 4,
DD), выявлены три линии с новыми вариантами пуроиндолинов (один ?
для PINA, два ? для PINB), которые обусловливают формирование более
мягкой текстуры зерна, чем у мягкозерной мягкой пшеницы (60). При
гибридизации этих линий с мягкой пшеницей новые аллели генов пуроиндолинов легко передаются потомству (35).
Таким образом, для селекции мягкой пшеницы с различной текстурой эндосперма имеется разнообразный исходный материал. Гены пуроиндолинов от других видов функционально активны в генотипе мягкой
пшеницы и могут усиливать эффект ее собственных генов. Молекулярногенетические технологии позволяют целенаправленно формировать генотип сорта с заданными значениями твердости и мягкости эндосперма,
требуемыми для хлебопекарного и кондитерского производства.
Повышение эффективности использования кормов. Крахмал ? один
из основных нутриентов для жвачных животных, причем от того, где он
переваривается, зависит природа конечных продуктов. Так, в рубце это
летучие продукты распада жирных кислот, в тонком кишечнике ? глюкоза. При ферментации крахмала в тонком кишечнике образуется на 42 %
больше энергии, чем в желудке (61). Текстурой зерна злаков определяется
степень и место переваривания крахмала (62). В нескольких сериях экспериментов с использованием сорта Hi-line и трансгенных линий показано,
что увеличение содержания PINA и PINB приводит к уменьшению переваримости сухого вещества и крахмала в рубце соответственно на 29,2 и 30,8 %
(63), причем размер частиц муки не влияет на этот процесс. Возможно, пуроиндолины защищают молекулы крахмала от действия ферментов в желудке жвачных животных, потенциально увеличивая его количество, поступающее для переваривания в тонкий кишечник. Полученные результаты
указывают на перспективность применения генетической трансформации к
другим зерновым культурам с целью повышения их кормовых качеств.
Защита от вредных организмов. Внимание исследователей привлекают также противомикробные и фунгицидные свойства пуроиндолинов (17,
21). В опытах in vitro показано, что PINA и PINB могут ингибировать рост
штаммов бактерий, причем при совместном действии эффект возрастает (22).
Структурно пуроиндолины сходны с тионинами и неспецифическими белками, переносящими липиды, которые также проявляют противомикробную
активность (64). Методом трансформации гены Pina и Pinb пшеницы были
введены в геном высокоурожайного, но чувствительного к болезням сорта
риса М202, после чего пуроиндолиновые белки выявили не только в зерновке, но и в листьях (65). Линии М202, содержащие аллели дикого типа
Pina-D1a, Pinb-D1a или Pina-D1a + PinbD1a, имели более мягкую текстуру
эндосперма (66). При испытании на устойчивость к пирикуляриозу и ризоктониозу (у риса эти заболевания могут обусловливать до 50 % потерь
урожая) у всех линий отмечали ее повышение на 2-40 % (в наибольшей
степени ? у линий, содержащих Pina-D1a или Pina-D1a + PinbD1a). В 2003
году в США выдан патент на получение трансгенных растений с аллелями
генов пуроиндолинов от пшеницы (67), в котором представлены данные о
наличии у трансгенных растений пуроиндолинов не только в эндосперме
зерновки, но и в листьях, а также о повышении ее устойчивости к возбудителям головни. Поскольку пуроиндолины в норме присутствуют у пшеницы и хорошо перевариваются человеком и животными, их включение в
трансгенные растения других культур предпочтительнее использования
11
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
компонентов, которые у растений отсутствуют.
В последние годы подтверждение защитных свойств пуроиндолинов получено в опытах с искусственно синтезированными богатыми триптофаном короткими катионными пептидами, обладающими противомикробной и гемолитической активностью (68). Широко известные представители этой группы ? индолицидин и триптицин, выделенные из тканей
животных. Недавно синтезирован пептид puroA, состоящий из 13 аминокислотных остатков (Phe-Pro-Val-Tre-Trp-Arg-Trp-Trp-Lys-Trp-Trp-Lys-GlyNH2), представляющих собой часть последовательности PINA пшеницы.
Показано, что этот пептид увеличивает устойчивость в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий (68). Другой синтетический пептид (Phe-Pro-Val-Tre-Trp-Pro-Tre-Lys-Trp-Trp-Lys-Gly-NH2) соответствовал части последовательности PINB и имел более низкую антимикробную активность, чем puroA. В модельных опытах выявлено, что пуроиндолиновые пептиды, как многие другие короткие пептиды, проникая в
мембранные структуры бактерий, образуют ионные каналы, или поры, вызывают дефекты структуры либо растворяют мембраны подобно детергентам (69, 70). Короткие пептиды, обладающие антимикробной активностью, рассматривают как потенциальную альтернативу традиционным антибиотикам из-за быстрого селективного действия и высокой токсичности
при низком потенциале устойчивости к ним микроорганизмов (68).
Итак, благодаря открытию пуроиндолинов, их разностороннему
молекулярно-генетическому анализу достигнут значительный прогресс в
изучении текстуры эндосперма зерновки у мягкой пшеницы и обозначены
направления селекционного использования пуроиндолинов. Методами
генной инженерии выявлен и создан уникальный исходный материал для
селекции. К сожалению, в России подобного рода работы не проводятся,
в том числе не раскрыт генофонд современных и старых российских селекционных сортов пшеницы, а также потенциал коллекции пшеницы
Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР) по разнообразию аллелей генов пуроиндолинов, что облегчило бы создание сортов пшеницы с высоким качеством зерна.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
12
T i p p l e s R.H., K i l b o r n R.H., P r e s t o n K.R. Bread-wheat quality defined. In:
Wheat, production, properties and quality. W. Bushuk, V.F. Rasper (eds.). Glasgow, U.K.,
1994: 25-35.
W i l l i a m s P.C., S o r b e r i n g D.C. Attempts at standardization of hardness testing of
wheat. 1. The grinding/sieving (particle size index) method. Cereal Foods World, 1986, 31(359):
362-364.
AACC. Approved methods of the. American Association of Cereal Chemists, 10th ed. Am.
Assoc. Cereal Chem., St. Paul, M.N., 2000.
N o r r i s K.N., H r u s c h k a W.R., B e a n M.M. A definition of wheat hardness using
near infrared reflectance spectroscopy. Cereal Foods World, 1989, 34: 696-705.
D o w e l l F., M a g h i r a n g E. Accuracy and feasibility of measuring characteristics of
single kernels using near infrared spectroscopy. In: ICC Conference «Novel raw materials,
technologies and products new challenge for quality control». Budapest, Hungary, 2002.
(http://eru.gmprc.ksu.edu/publications/documents/iccfinal.pdf).
G a i n e s C.S., F i n n e y P.F., F l e e g e L.M. e.a. Predicting a hardness measurement
using single ? kernel characterization system. Cereal Chem., 1996, 73: 278-279.
M o r r i s C.F., M a s s a A.N. Puroindoline genotype of the U.S. national institute of standards and technology reference material 8441, wheat hardness. Cereal Chem., 2003, 80(6): 674678 (http://patapsco.nist.gov/srmcatalogcommon//view_detail.cfm?srm=8441).
S y m e s K.J. The inheritance of grain hardness in wheat as measured by particle-size index.
Aust. J. Agric. Res., 1965, 16: 113-123.
M a t t e r n P.J., M o r r i s R., S c h m i d t J.W. e.a. Location of genes for kernel properties in the wheat cultivar «Cheyenne» using chromosome substitution lines. E.R. Sears,
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
L.M.S. Sears (eds.). In: Proc. 4th Intl. Wheat Genet. Symp., University of Missouri, Columbia,
MO, 1973: 703-707.
L a w C.N., Y o u n g C.F., B r o w n J.M.S. e.a. The study of grain-protein control in
wheat using whole chromosome substitution lines. In: Seed protein improvement by nuclear
techniques. International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria, 1978: 483-502.
G r e e n w e l l P., S c h o f i e l d J.D. A starch granule protein associated with endosperm
softness in wheat. Cereal Chem., 1985, 63: 379-380.
J o l l y C.J., R a h m a n S., K o r t t A.A. e.a. Characterization of the wheat Mr 15000
«grain-softness protein» and analysis of the relationship between its accumulation in the whole
seed and grain softness. Theor. Appl. Genet., 1993, 86: 589-597.
B e t t g e A.D., M o r r i s C.F., G r e e n b l a t t G.A. Assessing genotypic softness in
single wheat kernels using starch granule-associated friabilin as biochemical marker. Euphytica,
1995, 86: 65-75.
G a u t i e r M.F., A l e m a n M.E., G u i r a o A.M. e.a. Triticum aestivum puroindolines, two basic cysteine-rich seed proteins: cDNA sequence analysis and developmental gene expression. Plant Mol. Biol., 1994, 24: 43-47.
M o r r i s C.F., G r e e n b l a t t G.A., B e t t g e A.D. e.a. Isolation and characterization
of multiple forms of friabilin. J. Cereal Sci., 1994, 21: 167-174.
R a h m a n S., J o l l y C.J., S k e r r i t t J.H. e.a. Cloning of a wheat 15-kDa grain softness protein (GSP) in a mixture of puroindoline-like polypeptides. Eur. J. Biochem., 1994, 224:
917-925.
B l o c h e t J.E., C h e v a l i e r E., F o r e s t E. e.a. Complete amino acid sequence of
puroindoline, a new basic cystine-rich protein with unique tryptophan-rich domain, isolated
from wheat endosperm by Triton X-114 phase partitioning. FEBS Letters, 1993, 329(3): 336-340.
D o u l i e z J.P., M i c h o n T., E l m o r j a n i K. e.a. Mini review: Structure, biological
and technological functions of lipid transfer proteins and indolines, the major lipid binding proteins from cereal kernels. J. Cereal Sci., 2000, 32(1): 1-20.
T r a n g u i l l i G., H e a t o n J., C h i c a i z a O. e.a. Substitution and deletions of
genes related to grain hardness in wheat and their effect on grain texture. Crop. Sci., 2002, 42:
1812-1817.
M c I n t o s h R.A., Y a m a z a k i Y., D e v o s K.M. e.a. Catalogue of gene symbols for
wheat, 2003. http://wheat.pw.usda.gov/ggpages/wgc/2003.
D u b r e i l L., G a b o r i t T., B o u c h e t T. e.a. D. Spatial and temporal distribution
of the main isoforms of puroindolines (puroindolin-a and puroindolin-b) and nonspecific lipid
transfer protein (ns-LTPs) of Triticum aestivum seed. Relationships with their in vitro antifungal
properties. Plant Sci., 1998, 138: 121-135.
C a p a r e l l i R., A m o r o s o M.G., P a l u m b o D. e.a. Two plant puroindolines
colocalize in wheat seed and in vitro synergistically fight against pathogens. Plant Mol. Biol.,
2005, 58(6): 857-867.
W i l l y P.R., T o s i P., E v r a r d A. E. e.a. Promoter analysis and immunolocalization
show that puroindolin genes are exclusively expressed in starchy endosperm cell of wheat grain.
Plant Mol. Biol., 2007, 64(1-2): 125-136.
G i r o u x J., M o r r i s C.F. A glycine to serine change in puroindoline b is associated with
wheat grain hardness and low levels of starch-surface friabilin. Theor. Appl. Genet., 1997, 95:
857-864.
G i r o u x M.J., M o r r i s C.F. Wheat grain hardness results from highly conserved mutations in the friabilin components puroindoline a and b. PNAS USA, 1998, 95: 6262-6266.
L i l l e m o M., M o r r i s C. F. A leucine to prolin mutation in puroindoline b is frequently present in hard wheats from Northern Europe. Theor. Appl. Genet., 2000, 100:
1100-1107.
M o r r i s C.F. Puroindolines: the molecular genetic basis of wheat hardness. Plant Mol. Biol.,
2002, 48: 633-647.
M c I n t o s h R.A., D e v o s K.M., D u b c o v s k y J. e.a. Catalog of gene symbols for
wheat: Supplement, 2005. (www.grs.nig.ac.jp/.../genes/macgene/supplement2005).
M c I n t o s h R.A., D e v o s K.M., D u b c o v s k y J. e.a. Catalog of gene symbols for
wheat: Supplement, 2006. (http://wheat.pw.usda.gov).
R a m S., J a i n N., S h o r a n J. e.a. New frame shift mutation in Indian wheat cultivars
Hyb65 and NI5439. J. Plant Biochem. Biotechnol., 2005, 14: 45-48.
X i a L., C h e n F., H e Z. e.a. Occurrence of puroindoline alleles in Chinese winter wheats.
Cereal Chem., 2005, 82(1): 38-43.
C h e n F., H e Z.H., X i a X.C. e.a. Molecular and biochemical characterization of puroindoline a and b alleles in Chinese landraces and historical cultivars. Theor. Appl. Genet., 2006,
112: 400-409.
M o r r i s C. F., L i l l e m o M., S i m e o n e M.C. e.a. Prevalence of puroindoline grain
hardness genotypes among historically significant North American spring and winter wheats.
Crop. Sci., 2001, 41: 218-228.
C a n e K., S p a c k m a n M., E a g l e s H.A. Puroindoline genes and their effects on
13
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
grains quality traits in Southern Australian wheat cultivars. Aust. J. Agric. Res., 2004, 55: 89-95
35. L i l l e m o M., C h e n F., X i a X. e.a. Puroindoline grain hardness alleles in CIMMYT
bread wheat germplasm. J. Cereal Sci., 2006, 44: 86-92.
36. Puroindoline genotype database, USDA/ARS. (http://www.wsu.edu/~wwql/php/puroindoline.php.).
37. H u a n g X.Q., R o d e r M.S. Assessment of SNP haplotypes of the puroindoline b gene
for grain hardness in Europian wheat varieties by pyrosequencing. (http://pgrc.ink-gatersleben.de/puroindoline/index.php).
38. G a u t i e r M.F., C o s s o n P., G u i r a o A. e.a. Puroindolin genes are highly conserved in diploid ancestor wheats and related species but absent in tetraploid Triticum species.
Plant Sci., 2000, 153(1): 81-91.
39. T o s i P., W I l k i n s o n M., H e G.G. e.a. Novel puroindoline and grain softness protein in Aegilops species with C, D, S, M and U genomes. Theor. Appl. Genet., 2005, 111(5):
1159-1166.
40. T a n c h a k A.A., S c h e m t h a n e r J.P., G i b a n d A. e.a. Triptophanins: isolation
and molecular characterization of oat cDNA clones encoding proteins structurally related to
puroindoline and wheat grain softness protein. Plant Sci., 1998, 137: 173-184.
41. B e e c h e r B., S w i d a n s k y E.D., S e e D. e.a. Mapping and sequence analysis of
barley hordoindolines. Theor. Appl. Genet., 2001, 102: 833-840.
42. L a f i a n d r a D., S i m e o n e M.C. Isolaton and characterization of friabilin genes in rye.
J. Cereal Sci., 2005, 41(1): 115-122.
43. M a s s a A., M o r r i s C. F. Gill Sequence diversity of puroindolin-a, puroindoline-b, and
the grain softness protein genes in Aegilops tauschii Coss. Crop. Sci., 2004, 44: 1808-1816.
44. S i m e o n e M.C., G e d y e K.R., G a m e r R.M. e.a. Conserved regulatory elements
identified from a comparative puroindoline gene sequence survey of Triticum and Triticum taxa.
J. Cereal Sci., 2006, 44: 21-33.
45. S e e D.A., G i r o u x M., G i l l B.S. Effect of multiple copies of puroindoline genes on
grain softness. Crop Sci., 2004, 44:1248-1253.
46. G a z z a L., C o n t i S., T a d d e i F. e.a. Molecular characterization of puroindolines
and their encoding genes in Aegilops ventricosa. Mol. Breed., 2006, 17(3): 185-297.
47. T r a n g u i l l i G., L i j a v e t z k y D., M u z z i Q. e.a. Genetic and physical characterization of grain texture-related loci in diploid wheat. Mol. Gen. Genet., 1999, 262: 846-850.
48. T u r u n b u l l K.M., T u r n e r M., Y a m o m o t o M. e.a. The organization of genes
tightly linked to the Ha locus in Aegilops tauschii, the D-genome donor to wheat. Genome,
2003, 46(2): 330-338.
49. C h a r n e t t N., S e i s e J., S a b o t F. e. a. Molecular basis of evolutionary events that
shaped the hardness locus in diploid wheat species (Triticum and Aegilops). The Plant Cell,
2005, 17: 1033-1045.
50. M a s s a A., M o r r i s C.F. Molecular evolution of the puroindoline-a, puroindoline-b, and
grain softness protein-1 genes in the tribe Triticeae. J. Mol. Evol., 2006, 63(4): 526-536.
51. С a m p b e l l K.G., F i n n e y P.L., B e r g m a n M.E. e.a. Quantitative trait loci associated with milling and baking quality in soft Ч hard wheat cross. Crop. Sci., 2001, 41: 1275-1281.
52. M a r t i n J.M., F r o h b e r g R.C., M o r r i s C.F. e.a. Milling and Bread making traits
associated with puroindoline sequence type in hard red spring wheat. Crop Sci., 2001, 41: 228-234.
53. L i l l e m o M., R i n g l u n d K. Impact of puroindoline b alleles on the genetic variation
for hardness in soft Ч hard wheat crosses. Plant Breed., 2002, 121: 210-217.
54. I g e r i a s G., G a b o r i t T., O u r y F.X. e.a. Genetic and environmental effects on
puroindoline-a and puroindoline-b content and their relationship to technological properties in
French bread wheats. J. Cerial Sci., 2001, 11: 37-41.
55. M a r t i n J.M., M e y e r F.D., S m i d a n s k y E.D. e.a. Complementation of pin a
(null) allele with the wild type pin a sequence restores a soft phenotype in transgenic wheat.
Theor. Appl. Genet., 2006, 113(8): 1563-1570.
56. M a r t i n J.M., M e y e r F.D., M o r r i s S.F. e.a. Pilot scale milling characteristics of
transgenic isolines of a hard wheat over-expressing puroindolines. Crop Sci., 2007, 47: 497-504.
57. S w a n C.G., M e y e r F.D., H o g g A.C. e.a. Puroindoline b limits binding of puroindoline a to starch and grain protein softness. Crop Sci., 2006, 46: 1656-1665.
58. W a n j u g u H.W., H o g g A.C., M a r t i n J.M. e.a. The role of puroindoline A and B individually and in combination on grain hardness and starch association. Crop Sci., 2007, 47: 67-76.
59. B o n f e M., K o n g L., T r a n g u i l l i G. e.a. Reduction of T. monococcum chromosome segment carrying the softness genes pina and pinb translocated to bread wheat. Crop. Sci.,
2007, 47: 821-826.
60. G e d y e K.R., M o r r i s C.F., B e t t g e A.D. Determinatrion and evaluation of the sequence and textural effects of the puroindoline a and puroindoline b genes in population of synthetic hexaploid wheat. Theor. Appl. Genet., 2004, 109(8): 1597-1603.
61. O w e n s F.N., Z i n n R.R., K i m Y.K. Limits to starch digestion in the ruminant small
intestine. J. Anim. Sci., 1986, 63: 1634-1648.
62. P h i l i p p e a u C.F., L e d e M o n r e d o n F., M i c h a s l et-D o r e a u B. Rela-
14
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
tionship between ruminal starch degradation and the physical characteristics of corn grain. J.
Anim. Sci., 1999, 77: 238-243.
S w a n C.G., B o w m a n J.S.P., M a r t i n J.M. e.a. Increased puroindoline levels slow
ruminal digestion of wheat (Triticum aestivum L.) starch by cattles. Anim. Sci., 2006, 84: 641-650.
B r o e k a e r t W.F., C a m m u e B.P.A., D e B o l l e M.F.C. e.a. Antimicrobial peptides from plants. Plant Sci., 1997, 16: 297-323.
K r i s h n a m u r t h y K., B a l c o n i J.E., S h e r w o o d J.E. e.a. Increased tolerance
to fungal diseases of rice plant transformed with puroindoline genes. Mol. Plant-Microbe Interact., 2001, 13: 1255-1260.
K r i s h n a m u r t h y K., G i r o u x M.J. Expression of wheat puroindolines genes in
transgenic rice enhances grain softness. Nat. Biotechnol., 2001, 19: 162-166.
G i r o u x M.J., S h e r w o o d J.E., K r i s h n a m u r t h y K. e.a. Transgenic plants
expressing puroindolines and methods for producing such plants. USA patent 6600090, 2003.
(http://www./freepatentsonline.com/6600090.html).
J i n g W., D e m c o e A.R., V o g e l H.J. Conformation of a bactericidal domain of
puroindoline a; structure and mechanism of action of a 13-residue antimicrobial peptide. J.
Bacteriol., 2003, 185(16): 4938-4947.
E p a n d E.M., V e g e l H.J. Diversity of antimicrobial peptides and their mechanisms of
action. Biochem. Biophys. Acta, 1999, 1462: 11-28.
C h a n e t t P. Puroindolines form ion channels in biological membranes. Biophysical J.,
2003, 84: 2416-2426.
ГНУ ГНЦ РФ Всероссийский НИИ
растениеводства им. Н.И. Вавилова,
Поступила в редакцию
3 марта 2008 года
190000 г. Санкт-Петеребург, ул. Большая Морская, 44,
e-mail: [email protected]
PUROINDOLINES AND PROSPECTS OF SELECTION OF SOFT
WHEAT ON QUALITY AND RESISTANCE
(review)
A.G. Khakimova, O.P. Mitrofanova
Summary
The results of molecular-genetic investigation of seed endosperm texture in soft wheat are
discussed. The authors consider the biochemical characteristics of puroindolines ? one of main lipoproteid family, determining the differences in endosperm texture, the genetic control of these proteins and geographic expansion of genes alleles. The prospects are discussed the usage of genetic
variability of puroindolines in selection for improvement of flour-grinding, bread-making and confectionary properties of corn, the improvement of quality of the fodder and the increase of plant resistance to pathogens.
Новые книги
П о л е с с к а я О.Г. Растительная клетка
и активные формы кислорода. Уч. пос. /Под
ред. И.П. Ермакова. М.: изд-во КДУ, 2007,
140 с.
пособие предназначено для студентов и аспирантов, специализирующихся в области физиологии, биохимии и молекулярной биологии
растений.
В пособии дана оценка роли активных форм кислорода (АФК) и антиоксидантных систем в жизнедеятельности
растений. Подробно рассматриваются механизм образования АФК в процессах фотосинтеза и дыхания, ферментные системы, генерирующие АФК в пероксисомах и
апопласте. Уделено внимание антиоксидантным системам, ликвидирующим АФК,
и особенностям их функционирования в
разных клеточных компартментах. Описаны причины сверхпродукции АФК и
окислительного стресса в результате действия на растения различных факторов. Обсуждается роль антиоксидантных систем в
стрессоустойчивости растений. Учебное
К о р о в к и н О.А. Анатомия и морфология
высших растений. Словарь терминов. М.: изд-во
«Дрофа», 2007, 272 с.
Словарь содержит более двух тысяч
терминов и понятий, применяемых в настоящее время в анатомии, органографии и экологической морфологии высших растений. В издание, кроме широко известных, включены
специфические термины, используемые как в
теоретической, так и в прикладной ботанике, а
также некоторые общебиологические термины.
Книга предназначена для студентов и преподавателей биологических факультетов университетов и сельскохозяйственных ВУЗов, а также для
ботаников, физиологов, специалистов сельского
хозяйства и лесоводов.
15
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 633.18:631.524.84:57.04
ПОКАЗАТЕЛИ ПРОДУКТИВНОСТИ У СОРТОВ РИСА ОТЕЧЕСТВЕННОЙ
СЕЛЕКЦИИ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ В СВЯЗИ
С ПРОБЛЕМОЙ ГЛОБАЛЬНОГО ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА*
Е.М. ХАРИТОНОВ, Ю.К. ГОНЧАРОВА
У 30 сортов риса отечественной селекции в условиях вегетационного опыта и климатических камер изучали влияние разных температурных режимов (20, 25 и 35 °C) на показатели
продуктивности в зависимости от фазы развития растений в начале воздействия и его продолжительности. Исследовали структуру изученных сортов по числу семей, различающихся по показателю пустозерности, в зависимости от температуры. Выявлено, что время начала и продолжительность воздействия стрессора определяют не только его интенсивность, но и характер происходящих физиологических изменений.
Ключевые слова: рис, межсортовая, вариабельность, устойчивость, высокие температуры, фазы вегетации.
Key words: rice, interspecies variability, resistance, high temperatures.
Происходящее в настоящее время глобальное потепление проявляется в устойчивом росте температуры воздуха, особенно в холодный период года (что приводит к увеличению теплообеспеченности и продолжительности вегетационного периода), а также в повышении количества
осадков в осенне-зимний и снижении ? в основной период вегетации.
Такое изменение влагообеспеченности на фоне роста температуры обусловливает несоответствие между ресурсами влаги и потребностью в них
растений, становясь причиной более частых и сильных устойчивых засух.
По прогнозам, к середине XXI столетия климатические изменения вызовут рост среднегодовых температур приблизительно на 2 °C, кроме того,
чаще будут отмечаться кратковременные повышения и понижения температуры, нехарактерные для регионов (1). Погодно-климатические аномалии уже сопровождаются ощутимыми потерями сельскохозяйственной продукции, причем эти тенденции нарастают (2). Моделирование показало, что
урожайность риса при увеличении температуры на 4 °С снизится на 39 %
(3). По прогнозам для России, ожидаемый рост среднегодовой температуры воздуха на большей части территории составит 1,0-1,3 °С. Снижения
валового сбора урожая сельскохозяйственных культур (при соответствии
реальных изменений прогнозируемым) можно избежать исключительно за
счет улучшения агротехники и оптимизации структуры посевных площадей. По мнению академика А.А. Жученко, при большой неопределенности регионального распределения возможных изменений климата создание необходимого запаса экологической надежности сортов и их разнообразие играют важную роль (4).
В связи с этим изучение особенностей регионального проявления
глобального потепления и его влияния на продуктивность культур и качество урожая относится к наиболее актуальным направлениям современной
аграрной науки (5, 6). По мнению ряда исследователей, величину и качество урожая в основном определяют климат и погода. Так, наблюдается
зависимость между температурой окружающей среды и образованием метаболитов в растении, причем при одной и той же среднесуточной температуре воздуха интенсивность накопления органических веществ повышается с увеличением амплитуды суточных колебаний температуры: дневной
*
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 06-04-96705).
16
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
максимум благоприятствует усилению процессов ассимиляции, ночной
минимум ? замедлению расхода синтезируемых продуктов на дыхание.
Иными словами, данные о среднесуточной температуре воздуха не отражают реальных условий роста и развития растений. Для более детального
изучения механизма влияния температурного фактора на величину и качество урожая необходимо учитывать суточную амплитуду, среднюю
дневную и среднюю ночную температуру воздуха (7-9).
У зерновых культур выявленные изменения основных агроклиматических показателей отрицательно сказываются на продуктивности и
обусловливают межгодовую вариабельность урожаев (10). Для яровой
пшеницы установлено, что увеличение средней температуры воздуха за
период вегетации на 1 °С относительно климатической нормы вызывает
снижение урожайности на 30 % от тренда (1,5-2,0 ц/га) (11). В.А. Крупновым (12) при анализе генетической устойчивости пшеницы к абиотическим факторам было показано, что повышение температуры воздуха в период вегетации по сравнению со среднемноголетним значением на 1 °С
приводит к снижению урожайности в среднем на 10 % (числа колосков ?
на 5 %, массы 1000 зерен ? на 4,8 %).
В нашей стране влиянию высоких температур на продуктивность
риса долгое время не уделялось должного внимания, поскольку считалось,
что культура ранее выращивалась в более жарком климате и указанный
фактор не может значительно снижать этот показатель. Анализ урожайности риса в период с 1961 по 2000 годы, проведенный В.Д. Агарковым и
А.И. Касьяновым (13), выявил связь между температурой воздуха во II-III
декадах июня (время формирования конуса нарастания у большей части
растений в посевах риса) и зерновой продуктивностью: превышение среднемноголетнего значения в этот период на 1,4-2,2 °С приводило к снижению величины урожая. Меж- и внутрисортовая вариабельность у сортов
риса российской селекции по устойчивости к температурному фактору в
разные фазы вегетации оставалась неизученной, в связи с чем были предприняты исследования, представленные в настоящей работе.
Методика. Влияние температуры на рост и развитие растений изучали на 30 сортах риса отечественной селекции, внутрисортовую вариабельность по устойчивости к признаку ? на 5 (по 100 семей каждого
сорта). Семена одновременно высевали в блоки вегетационных сосудов.
Растения выращивали на вегетационной площадке Всероссийского НИИ
риса, по достижении изучаемой фазы вегетации (проростки?кущение,
кущение?выметывание, выметывание?созревание) по 1/3 блока помещали в камеры искусственного климата (температуры 20, 25 и 35 °С).
Растения в фазу проростков перемещали в камеру на 1 мес, в фазу кущения ? на срок до начала выхода в трубку, в фазу цветения ? с начала
выхода в трубку до созревания. Внутрисортовую вариабельность по устойчивости к температуре изучали в фазу цветения. Анализировали только метелки главного побега.
Статистическую обработку проводили с использованием программы
Microsoft Excel.
Результаты. У большей части отечественных сортов риса при воздействии высоких температур продуктивность достоверно снижалась (1415). При постоянной дневной температуре 35 °С в фазу цветения (ночные
температуры ? 20-22 °С) продуктивность почти у всех изучаемых образцов
уменьшилась, однако реакция растений разных сортов была неодинаковой. Так, в среднем пустозерность повысилась на 35,8 %, у семи сортов
значения этого показателя превысили 90 %, а у группы образцов не за17
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
фиксировали его достоверного увеличения при высоких температурах. Повышение показателя сопровождалось снижением массы 1000 зерен, которое было недостоверным только для сортов Дружный, Атлант, Курчанка,
Павловский. В среднем снижение массы 1000 зерен при повышении температуры составило 20,6 % (2-48 % в зависимости от сорта). Масса зерна с
главной метелки растения у всех сортов уменьшилась по сравнению с
контролем в среднем на 62,1 % (16-98 % в зависимости от сорта). Наименьшее падение продуктивности отмечали у растений сортов Серпантин
и Дружный. У нескольких сортов этот показатель снизился менее чем на
50 % (16).
Как показали исследования, время температурного воздействия значительно изменяло не только его интенсивность, но и наблюдаемый эффект
стрессора. Так, при действии стресса в фазы кущение?выметывание, выметывание?созревание продуктивность растения снижалась, причем в фазу
цветения ? максимально. При возрастании температуры с 25 до 35 °С в
фазу кущения уменьшалась масса главной метелки, ее длина, число заложенных и выполненных колосков. Однако наибольшее влияние изучаемый фактор оказал на показатели продуктивного кущения и массу зерна с
растения (в частности, число продуктивных стеблей на 1 растение возросло с 1,71±0,04 шт. при температуре 35 °С до 2,40±0,04 шт. при температуре 20 °С).
В фазу проростков высокие температуры были благоприятными
для большинства исследуемых образцов (достоверные различия по следующим показателям: длина и масса главной метелки, число выполненных
колосков, общее число колосков на главной метелке и пустозерность). Закаливающее воздействие таких температур на растения в начальные фазы
вегетации впоследствии позволяет снижать эффект стрессора в наиболее
чувствительные фазы (выметывание и цветение) и тем самым повышает
продуктивность. Возможность подобного индуцирования термотолерантности при предварительной тепловой обработке отмечалась у дрожжей
Saccharomyces сerevisiae при изучении реакции на мягкий и последующий
более жесткий тепловой шок (17, 18).
Исследования внутрисортовых особенностей проявления устойчивости к стрессору у пяти сортов отечественной селекции (проанализировано по 100 семей каждого сорта) выявили наличие линий с различной
реакцией на фактор. Анализ внутрисортовой структуры по анализируемому признаку позволил выделить устойчивые и неустойчивые семьи. В зависимости от доли пустых зерен в урожае семьи были разделены на четыре группы ? с величиной показателя до 20, до 30, более 70 и более 90 %.
У сортов Регул и Лидер, проявивших себя как неустойчивые по этому
признаку, большинство семей относилось к третьей и четвертой группе: у
сорта Регул выявлено 36 неустойчивых семей с пустозерностью более 70 и
17 ? более 90 %; у сорта Лидер ? соответственно 40 с показателем более
70 и 31 ? более 90 %. Семьи толерантных к повышению температуры образцов (Лиман, Рапан, Хазар) относились в основном к первой и второй
группам (рис.). У сорта Лиман выявлено 7 устойчивых к высоким температурам семей с пустозерностью до 20 и 16 ? до 30 %.
Таким образом, в каждом сорте обнаружены устойчивые и неустойчивые семьи, однако число устойчивых и степень их устойчивости у
неустойчивых сортов были ниже. У сортов Лиман, Рапан, Хазар даже при
воздействии высокой температуры сохранялись семьи с низкой (до 20 %)
пустозерностью (наибольшее число ? у сорта Лиман). Необходимо отметить, что сорт Лиман характеризуется наиболее стабильной продуктивно18
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
стью и занимает максимальную посевную площадь в России, а два других
уступают по посевным площадям только сорту Регул.
У семей с высоким показателем
пустозерности при повышенных температурах его величина часто не снижалась при
выращивании растений в условиях температурной нормы. У сорта Лиман семьи с
низкой (до 20 %) пустозерностью на фоне
высокой температуры сохраняли ее в контрольном варианте (25 °С). Из неустойчивых семей этого сорта только у одной (№
19) в контрольном варианте показатели пустозерности соответствовали таковым у устойчивых семей. У сорта Регул во всех семьях с высоким значением показателя (более
90 %) при температурном стрессе пустозерность в контроле (25 °С) была выше 20
%. При 25 °С у сорта Рапан растения из устойчивых семей имели пустозерность менее
23 % (за исключением семьи № 53, у которой показатель составил 34 %), у неустойчивых семей сорта Рапан повышения пустозерСтруктура сортов риса Регул (А),
ности не выявили. У устойчивых семей сорта
Лиман (Б), Рапан (В), Лидер (Г) и
Хазар ее величина составила менее 30 %, у
Хазар (Д) по числу семей в зависинеустойчивых того же сорта ? отмечалась
мости от показателя пустозерности
при различных температурных режикак высокая, так и низкая пустозерность.
мах выращивания растений: а и б ?
Это позволяет рекомендовать отбор при
соответственно высокая и низкая
воздействии температурного стресса как метемпература.
тод выбраковки низкопродуктивных и выявления генетически наиболее сбалансированных семей, обладающих комплексом эффективно работающих генов.
Итак, в зависимости от фазы развития растений риса при воздействии высоких температур изменяется не только интенсивность, но и направленность происходящих при этом физиологических процессов. В фазы кущения, выметывания, созревания термостресс снижает продуктивность, в начальные фазы вегетации ? оказывает закаливающее действие:
впоследствии уменьшает негативное влияние высоких температур, тем самым повышая продуктивность. Анализ показал наличие внутри отечественных сортов риса линий с различной устойчивостью к стрессору. Сорта
с максимальным числом устойчивых семей характеризуются наиболее стабильной продуктивностью в производственных условиях.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
A t k i n O.K., T j o e l k e r M.G. Thermal acclimation and dynamic response of plant respiration to temperature. Trends Plant Sci., 2003, 8: 343-351.
П т а ш к и н В.В. Влияние внешних условий на структуру урожая риса. Автореф. канд.
дис. Краснодар, 1970.
C o s t a D.Е. Prediction of the effects of elevated CО2 and temperature on irrigated rice yields
in the low-country dry zone of Sri Lanka using a process-based simulation model. J. Nat. Sci.
Found. Sri Lanka, 2000, 28(3): 165-184.
Ж у ч е н к о А.А. Адаптивная система селекции растений. Эколого-генетические основы. М., 1997.
Р а ч е н к о Е.И., Р и х в а н о в Е.Г., В а р а к и н а Н.Н. и др. Действие азида натрия на базовую и индуцированную термотолерантность дрожжей Saccharomyces cere-
19
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
visiae. Физиол. раст., 2004, 51: 198-202.
Р и х в а н о в Е.Г., Л у к и н а Е.А., В а р а к и н а Н.Н. и др. Митохондрии как
критическое звено в развитии ответа на тепловой шок у дрожжей с различным типом
энергетического метаболизма. Физиол. раст., 2006, 53(5): 695-702.
А л ь т е р г о л ь т В.Ф. Действие повышенных температур и физиологически активных
соединений на растения. Автореф. докт. дис. Новосибирск, 1965.
А л ь т е р г о л ь т В.Ф., М о р д к о в и ч С.С. Тепловые повреждения пшеницы в
условиях достаточного увлажнения. Новосибирск, 1977.
М у с и е н к о Н.Н., К а п л я А., О к а н е н к о А. и др. Жаростойкость и продуктивность озимой пшеницы. Киев, 1985.
Л я х В.А., С о р о к а А.И. Эффективность микрогаметофитного отбора на устойчивость кукурузы к температурному фактору. С.-х. биол., 1995, 3: 38-44.
Л е в и ц к а я Н.Г., Ш а т а л о в а О.В., К у р д ю к о в Ю.Ф. Влияние глобального
потепления климата на величину его биохимического потенциала в Поволжье. В сб.:
Адаптивные технологии производства качественного зерна в засушливом Поволжье. Саратов, 2004: 83-84.
К р у п н о в В.А., Г е р м а н ц е в Л.А. Влияние температуры воздуха на продуктивность яровой пшеницы в зоне каштановых почв Поволжья. Вест. РАСХН, 2001, 2: 33-35.
А г а р к о в В.Д., К а с ь я н о в А.И. К обоснованию высоких и низких урожаев риса. Рисоводство, 2002, 1: 25-30.
Г о н ч а р о в а Ю.К., Х а р и т о н о в Е.М., К о в а л е в В.С. и др. Физиологические аспекты влияния высоких температур на продуктивность риса. Мат. Междунар.
науч. конф. «Устойчивое производство риса: настоящее и перспективы». Краснодар,
2006: 277-235.
Г о н ч а р о в а Ю.К. Внутрисортовая вариабельность по признаку устойчивость к высоким температурам у риса. Мат. 7-го Междунар. симп. «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». Пущино, 2007: 71-73.
Г о н ч а р о в а Ю.К. Влияние температур на продуктивность риса. Мат. Междунар.
науч.-практ. конф. «Проблемы ресурсосберегающего производства и переработки экологически чистой сельскохозяйственной продукции». Астрахань 2006: 65-67.
R i k h v a n o v E.G., V a r a k i n a N.N., R u s a l e v a T.M. e.a. Do mitochondria
regulate the heat-shock response in Saccharomyces cerevisiae? Curr. Genet., 2005, 48: 44-59.
R i k h v a n o v E.G., V a r a k i n a N.N., R u s a l e v a T.M. e.a. Sodium azide reduces
the thermotolerance of respiratively grown yeasts. Curr. Microbiol., 2002, 45: 394-399.
ГНУ Всероссийский НИИ риса,
Поступила в редакцию
3 марта 2008 года
350921 г. Краснодар, пос. Белозерный,
e-mail: [email protected]
PRODUCTIVITY INDICES IN RICE VARIETIES OF NATIVE SELECTION
UNDER HEIGHTENED TEMPERATURES IN CONNECTION WITH
GLOBAL CLIMATE CHANGE PROBLEM
E.M. Kharitonov, Yu.K. Goncharova
Summary
In 30 rice varieties of native selection in the conditions of vegetation experiment and climate chambers the authors studied the influence of various temperature regimes (20, 25 and 35 oС)
on productivity indices in connection with duration of influence and phase of plants development. The
structure of studied varieties was investigated upon families? number discriminate in empty seeds indices
in connection with temperature. It was revealed that the duration of stress influence and the moment of
the beginning determinate not only stress intensity but the character of physiological changes.
Новые книги
И с а й н о в Х.Р. Эколого-экономические основы повышения эффективности
мелиорации в сельском хозяйстве (теория,
методология и практика). М.: ФГОУ ВПО
РГАУ?МСХА им. К.А. Тимирязева. 2007,
223 с.
В монографии проанализировано
современное состояние и тенденции использования мелиоративно-ирригационного
потенциала в Республике Таджикистан.
20
Уделено внимание эколого-экономическим основам повышения эффективности мелиорированных земель и рационального использования
земельно-водных ресурсов в сельском хозяйстве. Предложены методы формирования эколого-экономического регулирования мелиорации
и совершенствования его механизма в условиях
рыночной экономики. Обоснованы приоритетные направления повышения эколого-экономической эффективности развития мелиорации
в сельском хозяйстве.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 635.5:631.52:631.95
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ САЛАТА НА МИНИМАЛЬНОЕ
НАКОПЛЕНИЕ РАДИОНУКЛИДОВ (137Cs)
В.Ф. ПИВОВАРОВ, Е.Г. ДОБРУЦКАЯ, А.В. СОЛДАТЕНКО
Проанализированы результаты разработки приемов селекции салата на минимальное
накопление радионуклидов (137Cs) с использованием метода эколого-географических испытаний,
генетико-статистических параметров. Описаны основные элементы селекционной технологии.
Ключевые слова: селекция, радионуклиды, эколого-географические испытания, селекционная технология.
Key words: selection (breeding), radionuclides, ecology geographical experiments, a breeding
technology.
Для большей части суши Земли последствием испытаний ядерного
оружия и аварий на АЭС стало радиоактивное загрязнение, представляющее собой главную экологическую проблему (1, 2). Основным его источником продолжает оставаться почва территорий, пострадавших в результате выбросов на Чернобыльской АЭС (17 областей России, 1986 год), ПО
«Маяк» (Челябинская обл., 1957 год) и в Цинкдекейле (Великобритания,
1957 год) (3). При этом главным критерием эффективности защитных мер
остается уменьшение поступления радионуклидов из почвы в пищевую
цепочку и получение продукции (в том числе в овощеводстве) с их содержанием в пределах допустимых значений (4).
В зависимости от условий выращивания химический состав овощей, их питательная и лечебная ценность могут очень сильно изменяться.
Стремление получить высокий урожай без учета качества при неблагоприятной радиационной обстановке часто приводит к использованию продукции, содержащей избыток радионуклидов.
Информации о разнообразии овощных культур по уровню накопления радионуклидов в научной литературе явно недостаточно. Видовые и
сортовые различия выявлены лишь для отдельных овощных культур (5).
Салат ? одна из наименее изученных овощных культур по степени накопления радионуклидов. В то же время установлено, что, относясь к числу
самых ценных по минеральному составу овощных культур, он способен
противостоять накоплению тяжелых металлов.
Селекция овощных культур, в том числе салата, на устойчивость к
накоплению радионуклидов ? сравнительно молодое направление исследований. В настоящее время еще не сформированы сортовые ресурсы, позволяющие получать на техногенно загрязненных территориях экологически безопасную продукцию.
Наша работа посвящена разработке экологических методов селекции генотипов салата, способных за счет реализации адаптивного потенциала растения давать продукцию с минимальным содержанием радионуклидов, включая выявление морфологических признаков, связанных с
устойчивостью к накоплению радионуклидов.
Методика. Исследования выполняли на базе отдела экологической
селекции Всероссийского НИИ селекции и семеноводства овощных культур (ВНИИССОК) в 2003-2005 годах. Использовали метод эколого-географического изучения. Пункты испытания: Российская Федерация ? Московская и Брянская области, Республика Беларусь ? Гомельская область
(далее соответственно М, Б и Г). Объектом изучения служили 12 сортооб21
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
разцов салата, в том числе девять ? селекции ВНИИССОК (Творец,
Алекс, Подмосковье, Московский парниковый, Фестивальный, Изумрудный, Берлинский желтый, Новогодний, селекционный образец) и по одному из Всероссийского НИИ овощеводства им. Н.И. Вавилова (ВНИИО), от фирмы «Cпора» (Россия) и из Германии (соответственно Балет,
Азарт и Larand). На первом этапе эксперимента (2003 год) провели широкое экологическое испытание в условиях естественного загрязнения радионуклидами, на втором (2004-2005 годы) ? оценивали сортовую реакцию по годам и зонам испытаний в связи с метеопоказателями.
Содержание 137Cs в товарной части салата определяли согласно
ОСТ 10179-96 (6). Рассчитывали параметры межсортовой и экологической
изменчивости (7, 8); адаптивность и стабильность генотипов оценивали
согласно описанию (9). Корреляционный анализ и расчет критерия существенности коэффициента корреляции выполняли по Б.А. Доспехову (10).
Результаты. Изучение различных сортов в одинаковых условиях и
в разных географических пунктах позволяет судить о генотипических различиях и экологической изменчивости. Испытание 12 сортообразцов салата в трех пунктах (первый опыт) выявило значительное сортовое разнообразие по содержанию 137Cs в продукции. В итоге были выделены образцы
для дальнейшего изучения: селекционный образец и сорт Изумрудный
(соответственно наибольший и наименьший накопитель радионуклидов), а
также сорта Новогодний, Балет, Берлинский желтый, Larand, различающиеся по реакции растений на среду испытания и морфологическим признакам (рис. 1).
На втором этапе
испытаний сортовая реакция растений проявлялась ежегодно, причем отмечалась ее специфичность по зонам и
годам наблюдения. Наиболее четко сортовые
различия прослеживались
при анализе средних данных по всем пунктам
испытания. Была обнаружена связь между меГ
теопоказателями и количеством 137Сs в растеРис. 1. Содержание 137Сs (Бк/кг) в товарной продукции у
разных сортов салата в зависимости от условий пункта испыниях салата. В Гомельтания (2003 год): а-м ? соответственно селекционный обской области (пункт Г)
разец и сорта Новогодний, Балет, Берлинский желтый, Laпо образцам содержание
rand, Изумрудный, Фестивальный, Азарт, Московский
137Сs составило в 2004
парниковый, Подмосковье, Алекс, Творец; Г, Б и М ?
пункты испытания (соответственно Гомельская область,
году 1407-235, в 2005 ?
Республика Беларусь; Брянская и Московская области,
437-73 Бк/кг. В 2005 гоРоссия).
ду были зарегистрированы более высокие гидротермические показатели (температура и влажность
воздуха, а также сумма осадков). Усиление накопления 137Сs растениями
при более жаркой и сухой погоде отмечали также в Московской области
(пункт М).
Различия между образцами отмечали и при расчете параметров
межсортовой и экологической изменчивости: из шести образцов три характеризовались наибольшей (селекционный образец, сорта Изумрудный
22
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
и Новогодний), один ? средней (сорт Балет) экологической изменчивостью. Наиболее экологически устойчивыми были сортообразцы Larand и
Берлинский желтый.
Наличие сортовой и экологической изменчивости позволило нам
применить более точную комплексную методику оценки стабильности и
адаптивности генотипов по А.В. Кильчевскому и Л.В. Хотылевой (9).
Все изученные сорта
Показатели стабильности сортов салата
характеризовались
значитель137
по степени накопления
Cs в товарной
ной
изменчивостью
по накопродукции в трех пунктах испытаний
плению 137Сs растениями. Наи(Гомельская область, Республика Беларусь;
более вариабельным был сорт
Брянская и Московская области, Россия;
Изумрудный (табл.), однако
2003-2005 годы)
его нестабильность объясняСортообразец
Хср., Бк/кг Sgi, %
bi
Селекционный образец
57,41
110,89
1,95
лась не повышением, а резНовогодний
36,82
102,97
1,06
ким снижением содержания
Балет
29,50
103,47
0,97
137Cs, которое отмечалось в
Берлинский желтый
28,46
85,04
0,67
Larand
27,48
84,25
0,69
Гомельской области (пункт Г
Изумрудный
23,36
114,66
0,66
с высокопродуктивной среП р и м е ч а н и е. Sgi ? относительная стабильность генотипа, bi ? коэффициент регрессии генотип?среда.
дой): до 8,1 и 20,5 Бк/кг при
среднем значении по опыту
37,7 Бк/кг и максимальных 182,8 и 150,0 Бк/кг у селекционного образца (соответственно 2003 и 2004 год). Следовательно, в этом случае нестабильность играет положительную роль, позволяя растениям противостоять стрессору ? повышенному содержанию радионуклидов в
окружающей среде.
Экологически неустойчивыми в отношении аккумуляции 137Cs оказались селекционный образец, а также сорта Балет и Новогодний, у которых изменчивость по тестируемому показателю сочеталась с его высокими
и средними значениями, что, безусловно, снижает ценность форм как для
производственного использования в загрязненных зонах, так и для селекции на стабильно низкое накопление радионуклидов. Слабая аккумуляция
радионуклидов растениями наиболее стабильно сохранялась у сортов Larand и Берлинский желтый.
По экологической пластичности сорта салата можно разделить на
неотзывчивые на изменения условий выращивания (bi < 1, сорта Larand,
Берлинский желтый, Изумрудный), слабоотзывчивые (bi = 1, сорта Новогодний и Балет) и отзывчивые (bi > 1, селекционный образец) (см. табл.).
Из шести сортов только у одного (Изумрудный) содержание 137Cs было
ниже среднего показателя и коэффициент регрессии превышал 1, то есть
устойчивость к аккумуляции радионуклидов сочеталась с низкой отзывчивостью на изменения условий среды.
Наибольшей специфической адаптивностью характеризовался селекционный образец (САСi = 4053,3), далее в порядке убывания ранжировались сорта Новогодний, Балет, Изумрудный, Берлинский желтый, Larand. Специфическую адаптивность селекционного образца отмечали в условиях пунктов Г и М соответственно во все годы исследований (20032005) и в 2005, что проявилось в неспособности противостоять высокому
содержанию радионуклидов в среде и подтверждалось максимальным значением коэффициента регрессии (см. табл.).
По результатам оценки взаимодействия сорт?пункт испытания
нами впервые выявлена эколого-географическая изменчивость образцов
салата по накоплению 137Cs. Сезонную (по годам наблюдений) вариабельность содержания радионуклида в продукции отмечали во всех пунктах. В
23
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Московской, Брянской и Гомельской области по степени накопления
сорта различались соответственно в 103,0; 5,0 и 22,5 раза, то есть
эколого-географическая и сезонная изменчивость по тестируемому признаку была значительной. Выявленная эколого-географическая изменчивость
позволяет рассчитывать на эффективность использованных условий среды
по пунктам испытания для селекции салата на минимальное накопление
радионуклидов растением и оценки стабильности по этому признаку.
При изучении шести сортов салата в девяти условиях внешней среды (по три сезона в Гомельской, Брянской и Московской области) оказалось, что разные географические зоны неодинаково индуцируют межсортовую изменчивость селектируемого признака. Дважды за три года испытания
она проявлялась максимально в пункте Г, минимально ? в пункте М.
Серия испытаний салата в различных природных средах позволила
комплексно оценить условия пунктов испытания по основным параметрам ?
продуктивности (dk), относительной дифференцирующей способности (Sek)
и типичности (tk).
Параметр dk характеризовался значительной экологической изменчивостью, наиболее выраженной в Гомельской области, где различия его
минимального и максимального значения составили 490 % (12,4-3,9), в
Брянской продуктивность среды была стабильнее (соответственно 193 %),
Московская занимала промежуточное положение (325 %) (рис. 2).
Анализ дифференА
Б
цирующей способности среды (Sek) выявил наибольший дестабилизирующий
эффект в Гомельской области. Фон среды в этом
пункте был стабильно анализирующим, причем величина Sek значительно преГ
В
вышала 30 % во все годы
испытания, а амплитуда колебаний по годам наблюдений равнялась 204 %. В
Брянской области также
отмечалось изменение значений Sek по годам (пределы колебаний ? 207 %), в
Рис. 2. Параметры среды как фона для отбора растений
основном на уровне стасалата на устойчивость к накоплению 137Cs в продукции в
билизирующего воздейстзависимости от пункта и года испытания: А, Б, В и Г ?
вия на генотипы (только в
соответственно содержание 137Cs, продуктивность, относительная дифференцирующая способность и тиодин год из трех экологипичность; а, б, в ? соответственно Гомельская область
ческий фон оказался сла(Республика Беларусь), 2003, 2004 и 2005 годы; г, д, е ?
боанализирующим). Иными
Брянская область (Россия), 2003, 2004 и 2005 годы; ж, з,
словами, условия в Бряни ? Московская область (Россия), 2003, 2004 и 2005 годы.
ской области лучше подходят для размножения перспективных образцов, поскольку позволяют
поддерживать выравненность популяций по селектируемому признаку (см.
рис. 2). Наибольшие различия по степени дифференциации образцов следует ожидать в Московской области, где фон изменялся от нивелирующего (2003 год) до анализирующего (2004 год) (амплитуда 306 %).
Когда ведется селекция для определенной зоны, очевидно, что ее
необходимо включать в сеть испытаний, однако, анализируя полученные
при этом результаты, следует учитывать дифференцирующую способность
137Cs
24
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
условий в пункте оценки: ценные генотипы не могут быть выявлены на
фоне стабилизирующего или нивелирующего воздействия среды на растения. Поэтому в пунктах Б и М необходим ежегодный контроль за параметром Sek по селектируемому признаку и корректировка сроков испытания,
если сложившиеся условия не обеспечивают репрезентативность оценки.
Значительно колебался в зависимости от пункта и года испытания
параметр типичности среды tk. Его наибольшие значения отмечали в Гомельской области в течение двух из трех лет испытаний. В 2004 году типичность среды в пункте Г была наименьшей в опыте, в пункте М ? достигала максимальной величины (при очень низких показателях в другие
годы). В пункте Б в течение двух лет отмечали низкие значения, одного
года ? средние (то есть как и в пункте М, но в разные годы) (см. рис. 2).
Подобная вариабельность параметра типичности среды определяет необходимость включать в сеть испытания на завершающих этапах селекции все
исследованные пункты: поскольку в Гомельской области только в 66 % случаев гарантируются условия высокой типичности среды, репрезентативность оценки могут обеспечить параллельные испытания.
По результатам комплексной оценки наиболее информативными
при селекции салата на устойчивость к накоплению 137Cs служат условия
Гомельской области, где формируется высокопродуктивная, высокотипичная среда и экологический фон является анализирующим. Поскольку высокопродуктивная среда не всегда обеспечивает максимальное проявление
изменчивости при сравнительно высокой типичности отобранных сред,
необходимо включать в сеть испытания другие пункты (в нашем эксперименте, кроме пункта М, где, собственно, осуществлялась селекция, это
пункт Б).
Таким образом, в технологию создания сортов с низким накоплением 137Cs могут быть включены испытания на информативном фоне Гомельской области и использование условий Московской и Брянской областей на разных этапах селекции. Для выявления форм, контрастно различающихся по селектируемому признаку, необходимо широкое экологическое испытание в условиях естественного загрязнения радионуклидами.
Практический интерес представляют сорта, имеющие характерные
морфологические признаки и накапливающие минимальное количество
радионуклидов. Мы выявили, что растения сорта Изумрудный, накапливающие меньшее количество 137Cs по сравнению с другими сортами, существенно превосходят растения остальных изученных образцов по массе
корня. Кроме того, существенные различия проявились по диаметру розетки листьев и длине пластинки наибольшего листа: в случае сорта Изумрудный величина этих показателей больше. По ширине пластинки наибольшего листа, наоборот, выделялся накопитель 137Cs ? селекционный
образец. Указанные признаки можно использовать для предварительной
диагностики исходного материала, по остальным проявление различий
между устойчивым (сорт Изумрудный) и неустойчивым (селекционный
образец) генотипами было в пределах ошибки опыта.
Корреляционный анализ показал, что ряд признаков сопряжен между собой, причем степень зависимости неодинакова по годам наблюдений. Экологической изменчивостью характеризовались также корреляции
между морфологическими признаками и накоплением радионуклида. Только одна прямая связь оказалась константной: в течение трех лет исследований сохранялась средняя или сильная зависимость между содержанием
137Cs в продукции и числом листьев на растении. Однако согласно рассчи25
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
танному нами критерию существенности коэффициента корреляции (8)
связь указанных признаков была существенной в один год из трех лет испытаний. Недостаточная стабильность этой корреляции препятствует ее
эффективному использованию в селекции. Экологически устойчивой оказалась связь между диаметром корня растения и содержанием 137Cs в продукции (она была положительной существенной только в 2003 году, изменившись до отрицательной слабой в 2004).
Больший интерес могут представлять
отрицательные корреляции, когда увеличение
абсолютного показателя хозяйственно ценного признака связано
со снижением содержания радионуклида в продукции. По нашим наблюдениям, они проявляются крайне редко. Стабильная (в течение трех лет), хотя и
слабая обратная зависимость наблюдалась межРис. 3. Корреляционные плеяды количественных признаков у
растений изученных сортов салата в разные годы испытаний
ду содержанием 137Cs и
(Московская обл.): А, Б, В ? количественные признаки
только одним из изучен(соответственно 2003, 2004 и 2005 годы); Г, Д, Е ? те же
ных морфологических
признаки и накопление радионуклидов (2003, 2004 и 2005
признаков ? длиной
годы); 1 ? масса растения; 2 ? число листьев; 3 ? диаметр
розетки; 4 ? высота растения; 5 ? длина пластинки листа;
пластинки наибольше6 ? ширина пластинки листа; 7 ? диаметр корня; 8 ? масго листа, реже (два госа корня; 9 ? содержание радионуклида; жирная, тонкая и
да из трех) отмечали тапунктирная линии ? прямая корреляция (соответственно
сильная, r > 0,7; средняя, r = 0,3-0,7 и слабая, r < 0,3),
кую корреляцию с высоштрих-пунктир ? обратная корреляция; звездочкой обознатой растения.
чены существенные корреляции.
Следует обратить
внимание на частичное совпадение оценок зависимости между содержанием 137Cs и диаметром корня при сравнении двух резко контрастных
сортов (прямая связь) и при совокупной оценке всех сортов (связь существенная, прямая, сильная в 2003 году) (рис. 3).
Итак, для косвенного отбора форм салата, устойчивых к накоплению радионуклидов, можно использовать морфологические (в частности,
хозяйственно ценные) признаки растений ? массу корня, диаметр розетки
листьев и длину наибольшего листа: чем выше значения соответствующих
показателей, тем ниже степень накопления радионуклидов. В целом наши
исследования показали, что у салата степень аккумуляции 137Cs в продукции характеризуется значительной эколого-географической и сезонной
изменчивостью. Природная экологическая среда в разных пунктах испытаний может служить фоном для выделения форм овощных культур, контрастно различающихся по способности накапливать 137Cs (3-летнее испытание в трех географических пунктах ? пункт селекции, высоко- и
среднеинформативная среда). При селекции салата на устойчивость к накоплению радионуклидов следует включать в сеть испытания Гомельскую
область, где формируется высокопродуктивная, высокотипичная среда и
анализирующий экологический фон. Наличие сортовой изменчивости по26
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
зволяет выделить исходный материал, стабильный по способности накапливать радионуклиды: для селекции на низкую степень аккумуляции в сочетании с высоким качеством продукции можно использовать сорт Изумрудный, при скрещивании контрастных форм ? растения селекционного
образца, для которого характерно высокое содержание 137Cs в продукции.
Величина таких количественных показателей, как масса корня, диаметр розетки листьев, длина пластинки листа, выше у растений сорта Изумрудный,
устойчивого к накоплению 137Cs; селекционный образец имеет стабильную
низкую продуктивность.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Г у т ь к о В.И., Е р м о л е н к о Н.В., Ч у д а к о в В.А. Определение коэффициентов накопления 90Sr вегетативной массой образцов сельскохозяйственных культур. Агроэкология, 2004, 1: 50-51.
2. К у з н е ц о в В.К., С а н ж а р о в а Н.И., К а л а ш н и к о в К.Г. и др. Накопление
137Сs в продукции растениеводства в зависимости от видовых и сортовых особенностей сельскохозяйственных культур. С.-х. биол., 2000, 1: 64-70.
3. S p a r r o w A.H., C u a n y R.L., M i k s c h e J.P. e.a. Some factors affecting the responses of plants to acute and chronic radiation exposures. Radiat. Bot., 1961, 1(1): 10-36.
4. Б о г д е в и ч И.М., П у т я т и н Ю.В. Защитные меры в АПК на загрязненных радионуклидами землях. Агроэкология, 2004, 1: 5-6.
5. С к о р и н а В.В., Д ы ж о в а А.А. Изучение поступления радионуклидов в овощные
культуры в зависимости от видового и сортового состава. Мат. Всерос. науч.-практ.
конф. «Химическое загрязнение среды обитания и проблема экологической реабилитации нарушенных экосистем». Пенза, 2003: 151-153.
6. Методика определения 134, 137Сs в продукции растениеводства и кормах. Стандарты отрасли. М., 2000: 113-137.
7. В а в и л о в Н.И. Теоретические основы селекции растений. М.-Л., 1935, т. 1: 1-74.
8. Ж у ч е н к о А.А. Адаптивный потенциал культурных растений. Кишинев, 1988.
9. К и л ь ч е в с к и й А.В., Х о т ы л е в а Л.В. Метод оценки адаптивной способности
и стабильности генотипов, дифференцирующей способности среды. Сообщение 1. Обоснование метода. Генетика, 1985, 21(9): 1481-1490.
10. Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.
Поступила в редакцию
5 августа 2008 года
ГНУ Всероссийский НИИ селекции
и семеноводства овощных культур,
143080 Московская обл., Одинцовский р-н,
пос. Лесной городок,
e-mail: [email protected]
ECOLOGICAL METHODS OF LETTUCE BREEDING ON MINIMAL
ACCUMULATION OF RADIOACTIVE NUCLIDE (137Cs)
V.F. Pivovarov, E.G. Dobrutskaya, A.V. Soldatenko
Summary
The results of improved methods of lettuce breeding on minimal accumulation of radioactive nuclide (137Cs) with the use of the ecological-geographic testing method and genetic-statistical
parameters were analyzed. The main elements of breeding technology were described.
Новые книги
С о т н и к о в а Е.В., К р и в о ш и н Д.А.
Практикум по контролю загрязнения окружающей среды. Уч. пос. М.: МАТИ, 2007,
158 с.
В учебном пособии изложены
доступные методы химического исследования атмосферы, воды и почв. Рассмат-
риваются способы отбора и подготовки проб
для анализов. Приведены методики определения органолептических, химических и микробиологических показателей качества воды; основных загрязнителей атмосферного воздуха,
воздушной среды помещений и почвенного
покрова, используемые при экологическом мониторинге.
27
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 634.711:631.527
СЕЛЕКЦИОННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ РЕМОНТАНТНЫХ
СОРТОВ МАЛИНЫ ДЛЯ МАШИННОЙ УБОРКИ УРОЖАЯ
И.В. КАЗАКОВ, С.Н. ЕВДОКИМЕНКО, В.Л. КУЛАГИНА
На основании результатов многолетних исследований (1980-2008 годы) показана роль
межвидовой гибридизации в получении хозяйственно ценных сортов малины, пригодных для механизированной технологии возделывания, включая уборку урожая. Выявлена возможность поэтапного улучшения межвидовых родительских форм и создания на этой основе ремонтантных
сортов, адаптированных к машинному сбору ягод.
Ключевые слова: ремонтантная малина, машинная уборка урожая, гибридизация, сорта,
технология возделывания.
Key words: remontant raspberry, machine harvesting, hybridization, varieties, cultivation
technology.
Малина ? одна из основных ягодных культур в России. Ее плоды
обладают уникальными диетическими и лечебными свойствами, служат
ценным сырьем для пищевой и кондитерской промышленности. Однако в
последние годы производственные насаждения этой культуры существенно сокращаются: в настоящее время до 80-90 % урожая выращивается в
личных подсобных хозяйствах, которые не обеспечивают потребности населения и перерабатывающей промышленности из-за невозможности использовать современные интенсивные приемы возделывания и сезонного
поступления урожая. Поэтому необходимо расширение производственных
площадей при использовании высокоэффективных механизированных
технологий в специализированных и фермерских хозяйствах. Важнейшее
звено таких технологий ? машинная уборка урожая. Установлено, что на
ручной сбор ягод приходится до 70 % затрат, связанных с выращиванием
малины, в то время как механизация уборки позволяет сократить их в 10-12
раз и уменьшить прямые эксплуатационные расходы на 50-70 % (1-3).
Создание сортов малины, пригодных для такой уборки, относится
к приоритетным направлениям селекционной программы по этой культуре
и послужило целью нашей работы.
Методика. За период исследований (1980-2008 годы) на Кокинском
опорном (ОП) пункте Всероссийского селекционно-технологического института садоводства и питомниководства (ВСТИСП) проведена хозяйственно-биологическая и селекционная оценка более 200 ремонтантных родительских форм малины по главным признакам пригодности к машинной уборке урожая. Основными методами создания исходного материала
были межвидовая гибридизация, инбридинг и свободное опыление межвидовых ремонтантных форм.
Подбор родительских пар, выращивание и изучение гибридных сеянцев проводилось в соответствии с описанными программами и методиками изучения сортов плодовых, ягодных и орехоплодных культур (4) и их
селекции (5, 6).
Результаты. Как за рубежом, так и в нашей стране доказана возможность механизированного сбора урожая малины. В частности, на Кокинском ОП ВСТИСП еще в конце 1970-х годов нами были созданы первые отечественные сорта малины неремонтантного типа (Спутница, Бальзам, Бригантина и др.), на которых в 1989 году успешно испытаны экспериментальные образцы малиноуборочных машин ВСТИСП, а также ком28
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
байн фирмы «Joonas» (Финляндия), обеспечивающие полноту съема зрелых ягод до 80 %. К сожалению, в прохладные и дождливые сезоны у этих
сортов урожай созревает недостаточно дружно (7), а плотность ягод значительно снижается относительно необходимой для успешного механизированного сбора. Использование ягодоуборочных машин на сортах малины с
2-летним циклом формирования урожая, выращиваемых по традиционной
технологии на вертикальной шпалере, затрудняется также тем, что свободному улавливанию плодов препятствуют отросшие молодые побеги
(это существенно увеличивает потери урожая), а их повреждение рабочими органами комбайна приводит на следующий год к снижению продуктивности растений, достигающему 30 % (8).
Обнадеживающие перспективы для машинной уборки плодов малины открывают ремонтантные сорта, способные эффективно использовать благоприятные факторы внешней среды и избегать экологических
стрессов благодаря однолетнему циклу формирования урожая и особой
низкозатратной технологии возделывания, суть которой в следующем.
Ежегодно после уборки урожая и наступления устойчивых осенних заморозков надземную часть растений малины скашивают косилкой или срезают секатором. На следующий год отросшие однолетние побеги во второй половине лета?начале осени дают основной урожай. Возделывание
ремонтантных сортов малины по типу однолетней культуры радикально
изменяет стандартную технологию и позволяет механизировать работы по
уходу за насаждениями, включая уборку ягод.
Лабораторные исследования и испытания образцов уборочной техники на Кокинском ОП ВСТИСП в 1980-1990 годах на обычных (неремонтантных) сортах малины позволили установить основные показатели,
обеспечивающие пригодность сортов к машинной уборке урожая (9). Определяющими из них являются повышенная плотность ягод (не ниже 7
Ньютонов; 1 кг = 9,8 Н), их хорошая отделяемость от плодоложа при вибрационном встряхивании (усилие съема 0,3-0,6 Н), относительно дружное
созревание (не менее 60 % от общего урожая за один сбор). При этом кусты должны быть компактными с невысокими (1,5-1,8 м), утолщенными и
упругими стеблями, не полегающими под тяжестью плодов. Для ремонтантных сортов малины основные требования к физико-механическим
свойствам ягод и габитусу куста остаются такими же.
Фенотипическая оценка плотности ягод у ряда ремонтантных родительских форм малины красной, а также межвидовых гибридов, включающих геноплазму малины черной, замечательной, боярышниколистной,
душистой и поленики, позволила выявить тесную зависимость проявления
этого признака от особенностей генотипа и погодных условий в период
созревания. Установлено, что источником повышенной плотности ягод
служат сорта Геракл, Евразия, Рубиновое ожерелье, Шапка Мономаха,
Пингвин, Янтарная, а также элитные отборы 47-18-4, 13-39-11, 1-125-1, 15146-2, 29-101-20, 11-196-20, 25-107-21, 27-145-10 и др. Плотность ягод представителей этой группы в отдельные годы соответствовала допустимой для
машинной уборки, однако существенно снижалась во влажные сезоны.
Стабильно высокой плотностью ягод (7,5-10,0 Н) характеризовался
сорт Атлант, а также межвидовые элитные формы 15-146-2, 5-120-11 и 242-2 (показатель соответствовал оптимальному для комбайновой уборки
даже в неблагоприятные сезоны).
Анализ гибридного потомства ремонтантных родительских форм по
плотности ягод свидетельствует о полигенном контроле этого признака.
Наибольшее число растений в потомстве от скрещивания сортов с раз29
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
личной плотностью ягод обычно занимало промежуточное положение между родительскими формами. Однако при этом в большинстве комбинаций имелись сеянцы, превосходящие лучшую родительскую форму по
анализируемому признаку.
Так, в семьях Геракл Ч Бриллиантовая, Шапка Мономаха Ч Геракл,
Брянская юбилейная Ч Геракл, Брянская юбилейная Ч Бабье лето 2 и др.
доля сеянцев, трансгрессивных по изучаемому показателю, составила 8,825,0 %. Вместе с тем определение степени доминирования выявило уклонение наследования признака плотности ягод в сторону худшего родителя
и даже депрессию в большинстве изучаемых семей. Лишь в семьях Бабье
лето 2 Ч 47-18-4 и Бабье лето 2 Ч 1-125-1, где один или оба родителя имели низкую плотность ягод, степень доминирования указывала на уклонение в сторону лучшего, а в семье Брянская юбилейная Ч Бабье лето 2 обнаружили гетерозисный эффект. При этом практически в каждой комбинации скрещиваний, за исключением варианта Элегантная Ч Бриллиантовая, имелись гибриды, у которых ягоды выдерживали усилие на раздавливание более 6 Н. В семьях Бабье лето 2 Ч 47-Х-4 и Геракл Ч 13-39-11 доля
таких сеянцев составила соответственно 30,0 и 31,5 %.
Хорошим донором повышенной плотности ягод оказался сорт Геракл. Во всех гибридных комбинациях с его участием были получены
трансгрессивные сеянцы (от 5,8 до 12,5 %) с плотностью ягод 6,5 Н и более, причем их выход не зависел от того, в качестве какой формы использовали сорт Геракл ? материнской или отцовской.
Полученные результаты свидетельствуют о возможности повышения плотности ягод в потомстве относительно плотноягодных межвидовых
ремонтантных родителей за счет появления трансгрессивных форм. Таким
способом за период исследований среди гибридного потомства контролируемых скрещиваний и популяций от свободного опыления мы выделили
ряд элитных сеянцев ? 23-70-2 (9,2 Н), 2-129-1 (9,6 Н), 17-200-1 (10,2 Н),
2-42-2 (10,4 Н), 4-109-10 (10,6 Н), 6-230-1 (10,8 Н), 5-120-11 (14,6 Н), совмещающих оптимальную для машинной уборки плотность ягод с высокими показателями по другим хозяйственно ценным признакам.
Обязательное условие пригодности ягод к машинной уборке ? хорошее отделение от плодоложа, обеспечивающее оптимальный режим работы уборочной машины, минимальное травмирование побегов, уменьшение потерь из-за ломкости плодоножек, более полный сбор зрелых плодов. При ручном сборе урожая хорошая отделяемость ягод от плодоложа
также способствует повышению производительности труда и качества собранной продукции (10).
Анализ гибридного потомства выявил существенные различия в
комбинационной способности ремонтантных родительских форм по признаку отделяемости ягод от плодоложа. Большинство изученных форм с
требуемой степенью проявления этого признака хорошо передавали его
потомству. Полевая оценка гибридных сеянцев, проведенная в разные годы, показала, что наиболее высокий выход растений с пригодной для машинной уборки отделяемостью ягод наблюдался в тех комбинациях, где
оба или один из родителей имели соответствующие оптимальные показатели. Так, в семьях Бабье лето Ч Херитейдж, Бабье лето Ч 533-1, Бабье лето Ч 545-1, Элегантная Ч Бриллиантовая, Бабье лето 2 Ч 13-39-11, Бабье лето
2 Ч Геракл, Брянская юбилейная Ч Геракл, Брянская юбилейная Ч Бабье лето 2 доля сеянцев с ягодами, хорошо отделяющимися от плодоложа, составила 70-80 %, в комбинациях 10-15-1 Ч Бабье лето 2, Бабье лето 2 Ч Геракл, Абрикосовая Ч Геракл и инбредных популяциях сортов Абрикосовая
30
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
и Бабье лето 2 ? превышала 90 %.
Отдельные крупноплодные генотипы с морфологическими признаками боярышниколистной малины формировали ягоды, сросшиеся с плодоложем (по типу ежевики), и их практически невозможно было снять без
повреждений (35-245-1, 21-25-1, 6-134-1). Однако уже в 1-2-й генерациях
у указанных образцов выщеплялись сеянцы с хорошим отделением ягод,
то есть селекция этому признаку не представляет особых трудностей.
Создание дружно созревающих ремонтантных форм малины относится к наиболее сложным проблемам в селекции культуры. Проведенная
нами оценка многочисленной группы ремонтантных сортов и форм малины по скорости созревания урожая выявила существенные различия. Так,
в 2005 году, который характеризовался наиболее благоприятным режимом
теплообеспеченности в период созревания урожая, практически у всех родительских сортов и элитных форм отмечалось более раннее и дружное
плодоношение, чем в предыдущие годы: степень созревания урожая к средине сентября составила 63-100 %. Вместе с тем даже у лучших по этому
показателю сортов Надежная, Бабье лето 2, Брянская юбилейная, форм
15-146-2, 47-184 и др., закончивших плодоношение во II декаде сентября,
требовалось проводить 7-8 сборов с интервалами 5 сут. Некоторые родительские формы (сорт Пингвин, Евразия, элиты 8-26-1, 11-232-20) завершили плодоношение до 5 сентября при периоде созревания урожая 25-30
сут. Такое сверхраннее плодоношение позволяет сократить число сборов
основного урожая до 4-5.
Гибридологический анализ потомства ряда межвидовых ремонтантных сортов и форм по степени дружности созревания урожая не выявил генотипов, способных отдать урожай за 2-3 сбора. Вместе с тем в некоторых комбинациях скрещиваний были выделены сеянцы, у которых
урожай ягод можно убрать за 5-6 сборов. Значительное число таких сеянцев
выщепляется, как правило, в семьях, представленных одной или двумя родительскими формами с относительно дружным формированием урожая.
В благоприятных погодных условиях (2005 год) отмечалось некоторое увеличение доли сеянцев, плодоношение у которых закончилось к середине сентября. В семьях Бабье лето 2 Ч Заря вечерняя, 47-18-4 Ч Геракл,
Брянская юбилейная Ч 5-213-1 их выход составил 50-62 %. При этом
практически в каждой из комбинаций скрещиваний имелись сеянцы (от 7
до 26 %), на уборку урожая которых требовалось 5-6 сборов, а среди потомства семей Бабье лето 2 Ч Заря вечерняя, Шапка Мономаха Ч Брянская
юбилейная, Брянская юбилейная Ч 5-213-1 ? сеянцы (2,0-10,8 %), у которых урожай можно убрать за 4 сбора.
Селекционная оценка ряда межвидовых форм малины свидетельствует о возможности поэтапного повышения степени дружности созревания урожая за счет выщепления в гибридном потомстве трансгрессивных
генотипов. Наиболее эффективными донорами этого признака в сочетании с другими хозяйственно ценными оказались сорта Брянская юбилейная, Бабье лето 2, Евразия, Пингвин, а также элитная форма 47-18-4. Наиболее ценные сеянцы были выделены в семьях Брянская юбилейная Ч 5213-1, Бабье лето 2 Ч 47-18-4, Шапка Мономаха Ч Брянская юбилейная,
Бабье лето 2 Ч Заря вечерняя и др. Лучшие из них представляют практический интерес для дальнейших скрещиваний между собой, а также с более
крупноплодными и дружно созревающими формами. Среди форм с геноплазмой малины боярышниколистной отобраны сеянцы (42-273-20, 38273-20, 2-52-10 и 41-252-20) с плодами интенсивно-рубинового цвета, которые не осыпаются до 7 сут и не загнивают после созревания, что позво31
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ляет сократить число сборов.
Дальнейшая стратегия селекции ремонтантной малины на дружность
созревания ягод должна предусматривать совмещение признака относительно дружного созревания со способностью ягод продолжительное время
удерживаться на плодоложе без заметного снижения товарных качеств.
Создание сортов с кустом компактного типа, не полегающими под
тяжестью урожая стеблями, которые не требуют шпалеры при выращивании, имеет большое значение в селекции малины на пригодность к машинной уборке. Фенотипическая оценка ряда сортов и форм в 2005-2008
годах выявила существенные различия по признакам компактности. Как
лучшие по компактности куста (не ниже 3 баллов) выделились сорта Атлант, Геракл, Евразия, Августина, Пингвин, Абрикосовая, элитные формы
47-18-4, 37-15-4, 24-139-1, 15-146-2, 30-178-1. Стебли этих растений обладают повышенной прочностью (жесткостью), не поникают при сильных
порывах ветра и высоком урожае ягод.
При скрещивании некомпактных родительских форм (1-2 балла)
потомство в основном характеризовалось низким показателем компактности, а у значительной части сеянцев наблюдалась отрицательная трансгрессия. В комбинациях с участием относительно компактных родителей
были выделены трансгрессивные сеянцы, превосходящие лучшего родителя. Так, в семьях 47-18-4 Ч Геракл и Геракл Ч Евразия обнаружили соответственно 42,9 и 66,7 % растений с оценкой по компактности 4 балла.
При этом габитус куста у некоторых вполне соответствовал требованиям
машинной уборки урожая (элитные формы 4-47-1, 5-16-1, 23-70-1, 6-29210, 6-230-1, 3-72-1 и др.).
Выполненные нами исследования свидетельствуют о независимом
наследовании каждого из признаков, определяющих пригодность ремонтантных форм малины к машинной уборке урожая, что создает реальную
возможность их совмещения между собой и с другими хозяйственно ценными признаками в разнообразных сочетаниях. Так, у элитной формы 6230-1 сочетаются оптимальные для машинной уборки показатели плотности ягод и их отделяемости от плодоложа, крупноплодность (6,2 г), пряморослый габитус и созревание большей части ягод до наступления осенних заморозков. Растения раносозревающих форм 23-173-1 и 16-292-10
полностью заканчивают плодоношение к середине сентября, характеризуются высокой урожайностью, относительно дружным созреванием ягод и
их хорошей отделяемостью от плодоложа, причем форма 16-292-10 дополнительно образует компактный куст, удобный для механизированной уборки. В генотипах 13-272-11 и 32-84-1 удалось объединить высокую плотность
ягод и оптимальные показатели отделяемости от плодоложа. У форм довольно крупные ягоды (5,3 г), урожай которых полностью созревает до наступления осенних заморозков. Растения высокоурожайной формы 3-72-1
образуют куст с компактным габитусом и оптимальным для машинной
уборки числом побегов замещения, обладают довольно плотными (8,0 Н),
хорошо отделяющимися от плодоложа, крупными (6,8-7,0 г) ягодами.
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о селекционной возможности поэтапного улучшения межвидовых родительских
форм ремонтантной малины и создания на этой основе сортов, пригодных
для машинной уборки урожая.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
32
В а р л а м о в Г.П. Машины для уборки плодов, ягод, винограда. Садоводство и виноградарство, 1988, 3: 13-17.
У т к о в Ю.А. Этапы решения проблемы машинной уборки ягод и развитие промыш-
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ленного ягодоводства в СНГ. В сб. науч. тр. ВСТИСП: Совершенствование технологии
выращивания ягодных культур в Нечерноземье. М., 1992: 125-127.
3. К а з а к о в И.В. Малина ежевика. М., 2001: 53.
4. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур. Мичуринск, 1973.
5. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур. Мичуринск, 1980.
6. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур. Орел, 1995.
7. К а з а к о в И.В., К у л а г и н а В.Л. Селекционная оценка родительских форм малины по плотности ягод и их отделяемости от плодоложа. В сб. науч. тр. НИЗИСНП:
Агротехника, селекция и механизация в ягодоводстве Нечерноземья. М., 1988: 97-105.
8. О ж е р е л ь е в В.Н. Анализ потерь ягод при машинной уборке малины. В сб. науч. тр.
НИЗИСНП: Агротехника, селекция и механизация в ягодоводстве Нечерноземья. М.,
1988: 171.
9. К а з а к о в И.В., К у л а г и н а В.Л., К о в а л е в А.Н. Создание ремонтантных форм
малины для машинной уборки урожая. Мат. науч.-прак. конф. «Достижения науки и передовой опыт ? в производство и учебно-воспитательный процесс». Брянск, 1995: 92-93.
10. К а з а к о в И.В., К у л а г и н а В.Л. Создание сортов малины для машинной уборки
урожая. В сб. научн. тр. НИЗИСНП: Ягодоводство в Нечерноземье. М., 1989: 17-25.
Кокинский опорный пункт Всероссийского
селекционно-технологического института
садоводства и питомниководства,
Поступила в редакцию
10 ноября 2008 года
243365 Брянская обл., Выгоничский р-н, с. Кокино,
e-mail: [email protected]
SELECTIVE POTENTIAL TO CREATE THE EVERBEARING
RASPBERRY VARIETIES FOR MACHINE HARVESTING
I.V. Kazakov, S.N. Evdokimenko, V.L. Kulagina
Summary
On the basis of results of long-term investigations (in 1980-2008) the authors shown the
role of interspecific hybridization in the creation of economy important raspberry varieties to work
for mechanized cultivation technology included harvesting. The real possibility was revealed to stageby-stage improvement of interspecific parent form and creation on this basis of everbearing varieties
adapted to machine harvesting.
Новые книги
П л о т н и к о в а Л.Я. Иммунитет растений и селекция на устойчивость к болезням
и вредителям. Учебник /Под ред. Ю.Т. Дьякова. М.: изд-во «Колос», 2007, 359 с.
В книге изложены современные
представления о механизмах иммунитета
растений к грибным, бактериальным, вирусным заболеваниям и вредителям. Освещены вопросы популяционной биологии паразитических организмов, проанализировано значение процессов микроэволюции патогенов для преодоления устойчивости растений. Рассмотрены проблемы сохранения сортами длительной устойчивости. Дана оценка возможности использования достижений науки о фитоиммунитете
в селекции растений. Большое внимание
уделено методам создания сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к вредоносным организмам. Описаны методики полевой и лабораторной оценки устойчивости растений к заболеваниям и вредителям. Книга предназначена для студентов
высших учебных заведений по специальностям «Защита растений» и «Селек-
ция и генетика сельскохозяйственных культур».
К о с т ю к В.И. Оптимизация агротехники выращивания картофеля в Мурманской области.
Апатиты: изд-во Кольского научного центра
РАН, 2008, 64 с.
Изложена агротехника выращивания
картофеля в Заполярье, направленная на создание оптимальных условий для осуществления
продукционного процесса. В качестве основных регуляторов продукционного процесса рассматриваются сроки посадки, плотность агроценоза и габитуальная мощность растений, определяемые схемой посадки, крупностью семенного материала и степенью обеспеченности
элементами минерального питания. Показано,
что эти агротехнические факторы в совокупности образуют многомерный вектор регулируемых входных воздействий на агрофитоценоз, позволяющий конструировать наиболее
рациональную агротехнику посадок картофеля,
максимально адаптированную к местным почвенно-климатическим условиям. Описана технология создания высокопродуктивных агрофитоценозов для Кольского полуострова.
33
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Генетика и селекция
УДК 633.11:631.524.85
УСТОЙЧИВОСТЬ ОБРАЗЦОВ ТВЕРДОЙ ПШЕНИЦЫ Triticum durum L.
К ЗАСОЛЕНИЮ ПОЧВЫ ХЛОРИДОМ НАТРИЯ
А.З. ШИХМУРАДОВ
В лабораторном и вегетационном опытах, а также в полевых условиях на Дагестанской
опытной станции Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР) в 2000-2006
годах оценивали устойчивость образцов твердой пшеницы Triticum durum L. разного экологогеографического происхождения из мировой коллекции ВИР к хлориду натрия. Образцы, показавшие высокую солеустойчивость, скрещивали с тестером восприимчивости. Показано, что
гибриды F1 с низкими значениями степени доминирования признака устойчивости могут быть
использованы для получения гомозиготных по гену устойчивости растений в F2.
Ключевые слова: генетика солеустойчивости, твердая пшеница, NaCl.
Key words: genetics of salt tolerance, Triticum durum, NaCl.
Сильное натриевое засоление почвы ? одна из основных причин
снижения урожайности и качества зерна твердой пшеницы (Triticum durum
L.) в республике Дагестан. Чтобы уменьшить негативное влияние этого абиотического фактора на урожаи, необходимо выращивать солеустойчивые сорта. Ускорить процесс их селекции можно за счет правильного подбора компонентов скрещиваний, однако генетический контроль солеустойчивости
твердой пшеницы в настоящее время недостаточно изучен (1-3).
Целью настоящей работы была оценка устойчивости образцов твердой пшеницы к хлориду натрия и определение характера наследования этого признака.
Методика. Материалом для исследований служили 810 образцов
тв?рдой пшеницы разного эколого-географического происхождения из мировой коллекции Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова (ВИР). Солеустойчивость изучали рулонным методом (4). Семена замачивали в воде в чашках Петри при температуре 22 єС, через 72 ч переносили в рулоны фильтровальной бумаги и помещали в воду (контроль) или
раствор NaCl (концентрация 9,8 г/л; 0,7 МПа). На 7-е сут измеряли длину
проростков (отношение значений в опытном и контрольном вариантах, выраженное в процентах, рассматривали как показатель солеустойчивости ?
коэффициент солеустойчивости). Образцы распределяли по трем группам ?
устойчивые, среднеустойчивые и чувствительные (коэффициенты солеустойчивости соответственно > 80, > 60 и < 60 %).
Все солеустойчивые образцы дополнительно проверяли в вегетационном эксперименте на фоне засоления (0,7 МПа). Чистый речной кварцевый песок средней крупности (0,2-0,4 мм) промывали водопроводной
водой, высушивали и насыпали в поддоны из нержавеющей стали размером 150Ѕ150Ѕ40 см (толщина слоя 25 см). В субстрат вносили питательную смесь Кнопа (5). Посев сухих семян проводили на глубину 1,5-2,0 см.
В течение опыта поддерживали оптимальную влажность песка (60-70 %
ПВ). Устойчивость в вегетационном опыте определяли по общему развитию растений и их продуктивности.
Скрещивание устойчивых образцов с восприимчивым как в лабораторном, так и в вегетационном экспериментах тестером к-16512 из Туниса проводили по стандартной методике (6). Степень доминирования оп34
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ределяли по формуле:
hp = (F1?MP)/(P?MP),
где hp ? степень доминирования; F1 ? среднее значение длины проростков у гибридных растений F1; P ? среднее значение длины проростков у
растений устойчивой родительской формы; MP ? среднее значение длины
проростков у обеих родительских форм (7). Полученные данные обрабатывали статистически по соответствующим методикам (8, 9).
Результаты. Большинство изученных образцов твердой пшеницы
не обладали высокой устойчивостью к засолению. После оценки рулонным методом к группе устойчивых был отнесен 61 образец, причем 20 из
них происходили из Азербайджана, 6 ? из Турции, 15 ? из Северной Африки, 9 ? из Израиля, по 3 ? из России и Казахстана, по одному ? из
Йемена, Ирака, Грузии, Португалии и Канады. У наиболее устойчивых
образцов длина проростков на солевом фоне статистически не отличалась
от длины в контроле (коэффициент устойчивости > 95 %) (табл. 1). Среди
образцов из Украины, Молдовы, Центральной и Южной Америки, с Балкан высокоустойчивых форм не обнаружили. Подобное распределение,
вероятно, связано с бессознательным отбором относительно устойчивых
форм при селекции твердой пшеницы в регионах с повышенным содержанием хлорида натрия в почве. На наш взгляд, при дальнейшем поиске
устойчивых к засолению форм T. durum необходимо уделять больше внимания образцам из Азербайджана, Африки и Израиля.
Все образцы с
1. Устойчивость к засолению почвы хлоридом
коэффициентом соленатрия у перспективных для селекции образцов твердой пшеницы из коллекции ВИР при
устойчивости > 95 %
лабораторной оценке и в вегетационном опыте
по результатам лабораторного опыта покаОбразец,
Солеустойчивость, %
Страна про№ по каталаборатор- вегетационзали высокую устойисхождения
логу ВИР
ный опыт
ный опыт
чивость в вегетационк-31542
Азербайджан
97
92
к-18439
Азербайджан
99
94
ном (см. табл. 1), что
к-15555
Азербайджан
96
91
доказывает возможность
к-42312
Азербайджан
97
95
к-46660
Азербайджан
99
93
использования менее зак-15305
Азербайджан
97
92
тратного и требующего
к-37195
Казахстан
98
94
к-39668
Турция
99
92
меньших эксперименк-17227
Израиль
96
93
тальных площадей рук-41884
Израиль
99
90
к-53092
Марокко
97
95
лонного метода для выП р и м е ч а н и е. ВИР ? Всероссийский НИИ растениеводства
деления растений, усим. Н.И. Вавилова.
тойчивых к NaCl.
Из 11 высоко-устойчивых форм восемь при выращивании в рулонах
на бессолевом фоне по длине проростка значимо не отличались от сильно
2. Длина проростка и коэффициент ее вариации у образцов твердой пшеницы
из коллекции ВИР при выращивании в рулонах на бессолевом и солевом
фонах
Образец, № по каталогу
ВИР
Вода (контроль)
Х±m, мм
Сv, %
NaCl
Х±m, мм
к-31542
19,0±0,2
7,01
18,5±0,2
к-18439
17,0±0,3
8,20
16,8±0,4
к-46660
19,5±0,4
9,11
19,3±0,5
к-15305
18,3±0,3
7,12
17,8±0,2
к-37195
17,4±0,5
10,40
17,1±0,4
к-39668
18,1±0,3
6,55
17,9±0,2
к-17227
17,8±0,3
7,03
17,3±0,1
к-41884
17,5±0,4
8,32
17,3±0,3
к-16512
17,6±0,3
9,65
9,8±0,1
П р и м е ч а н и е. То же, что в таблице 1. Сv ? коэффициент вариации; образец к-16512
имчивый тестер.
Сv, %
6,93
7,34
9,95
5,93
9,35
7,44
9,37
7,63
8,26
? воспри-
35
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
восприимчивого образца к-16512 (табл. 2). Низкие и практически одинаковые коэффициенты вариации длины проростка при выращивании на
бессолевом и солевом фонах указывали на генетическую однородность
растений изучаемых образцов.
У всех гибридов F1 наблюдали доминирование устойчивости к
NaCl, причем для большинства образцов оно приближалось к полному
(табл. 3). В случае с образцами к-31542, к-15305 и к-41884 доминирование
было промежуточным или почти отсутствовало. Низкие значения степени
доминирования признака солеустойчивости у гибридов F1, полученных от
скрещивания образцов к-15305 и к-41884 с восприимчивым тестером, а
также невысокие показатели коэффициентов вариации длины проростков
гибридов позволяют предположить, что в комбинациях к-15305 Ѕ к-16512
и к-41884 Ѕ к-16512 гибриды F2 с максимальной длиной проростка будут
гомозиготными по гену солеустойчивости.
Таким образом,
3. Изменение длины и степень доминирования
лабораторный анализ обсолеустойчивости на солевом фоне у проростразцов твердой пшеников гибридов F1 от скрещивания устойчивых к
NaCl образцов из коллекции ВИР с восприимцы разного эколого-геочивым тестером к-16512
графического происхоУстойчивый компоДлина проростка
ждения показал, что по
hp
нент скрещивания,
устойчивости к засолеХ±m, мм
Сv, %
№ по каталогу ВИР
нию Triticum durum харак-31542
16,6±0,4
8,33
0,57
к-18439
16,3±0,5
7,45
0,87
ктеризуется значительным
к-46660
18,7±0,4
7,56
0,88
разнообразием наследстк-15305
14,3±0,3
6,39
0,12
к-37195
16,7±0,3
7,58
0,89
венных вариантов. Уск-39668
17,5±0,4
9,37
0,91
тойчивые формы чаще
к-17227
17,3±0,1
9,37
0,97
к-41884
13,9±0,3
8,23
0.10
встречаются в районах с
П р и м е ч а н и е. То же, что в таблице 1. Сv ? коэффициент вааридными условиями и
риации, hp ? степень доминирования признака солеустойчивости.
значительным распространением засоленных почв. При выборе исходного материала для селекции на солеустойчивость предпочтение целесообразно отдавать образцам из Азербайджана, Африки и Израиля. После скрещивания высокоустойчивых к хлориду натри?? форм с тестером восприимчивости установлено отсутствие доминирования признака солеустойчивости у гибридов, полученных с участием образцов к-15305 и к-41884, что позволяет с
достаточной степенью надежности отбирать гомозиготные по гену устойчивости растения уже в F2.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
36
Ж у ч е н к о А.А. Адаптивный потенциал культурных растений. Кишинев, 1988:
268-272.
Ж у ч е н к о А.А. Эколого-генетические основы адаптивной системы селекции растений. С.-х. биол., 2000, 3: 3-29.
Б а р а н о в Е.Н., Г у л е в и ч А.А. Проблемы и перспективы генно-инженерного
подхода в решении вопросов устойчивости растений к засолению. С.-х. биол., 2006,
1: 39-56.
У д о в е н к о Г.В., С и н е л ь н и к о в а В.Н., Д а в ы д о в а Г.В. Оценка солеустойчивости растений. В кн.: Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям (метод. рук-во). Л., 1988: 85-97.
У д о в е н к о Г.В. Солеустойчивость растений. Л., 1977.
М е р е ж к о А.Ф., Р о х и н Л.М., Ю д и н А.Е. Эффективный метод опыления зерновых культур (метод. указ.). Л., 1973.
B e i l G.M., A t k i n s R.E. Inheritance of quantitative characters in grain sorghum. Jowa
State. J. of Sci., 1965, 39: 52.
Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
9.
Р о к и ц к и й П.Ф. Введение в статистическую генетику. Минск, 1974.
Дагестанская опытная станция Всероссийского
НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова,
Поступила в редакцию
16 декабря 2007 года
368612 Республика Дагестан, Дербентский р-н, пос. Вавилово,
e-mail: [email protected]
RESISTANCE OF VARIANTS OF Triticum durum L. TO SOIL
SALINIZATION BY SODIUM CHLORIDE
A.Z. Shikhmuradov
Summary
In laboratorial and vegetative experiments and also in field conditions the author estimated
the resistance to sodium chloride in Triticum durum L. variants of different ecologo-geographic origin
from world collection of N.I. Vavilov?s All-Russian Scientific Research Institute of Plant Growing.
The variants having high tolerance to the salt were crossed with tester of susceptibility. It was shown
that hybrids F1 with low level of domination of resistance determinant may be use for creation of
homozygous on resistance gene plants in F2.
Вниманию читателей!
ПОДПИСКУ на журнал «Сельскохозяйственная биология»
на 2009 год можно оформить через почтовое отделение
Информация о нашем издании помещена в Объединенном
каталоге «Российские и зарубежные газеты и журналы»
Индекс ? 70804
С 1989 года журнал выходит отдельными сериями:
? серия «Биология растений» (№№ 1, 3 и 5),
? серия «Биология животных» (№№ 2, 4 и 6).
Профиль журнала остается прежним.
На журнал можно также подписаться через редакцию. Для этого
необходимо перевести деньги на расчетный счет редакции
" Институты и организации перечисляют деньги на счет редакции.
" Индивидуальные подписчики почтовым переводом перечисляют деньги на
счет редакции. Квитанцию с указанием точного адреса (индекс обязателен), на
который нужно выслать журнал, необходимо переслать в редакцию.
" Стоимость подписки на I полугодие ? 407 руб. за один номер с учетом НДС
10 %.
Срок подписки не ограничен
Банковские реквизиты редакции:
Получатель ? ИНН 7708051012 Редакция журнала «Сельскохозяйственная биология», Марьинорощинское ОСБ 7981, г. Москва, р/с 40703810638050100603
Банк получателя ? Сбербанк России ОАО, г. Москва, БИК 044525225, к/с 30101810400000000225
Адрес редакции:
127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42, офисы 258, 259,
журнал «Сельскохозяйственная биология»
E-mail: [email protected]
Новые книги
П а з о в а Т.Х. Обоснование технологии и
средств механизации для противоэрозионной
обработки склоновых почв. М.: МГАУ
им. В.П. Горячкина, 2007, 230 с.
Монография посвящена исследованию возникновения и развития эрозионных процессов на склоновых землях,
использованию полученных результатов
для разработки инженерно-мелиоративных
мероприятий по защите почв на склонах и
совершенствования существующих средств механизации в условиях склоновых земель горных
территорий Кабардино-Балкарской Республики
(КБР). Рассматриваются вопросы технико-экономического обоснования, выбора машин и
формирования машинно-тракторных агрегатов
для производства сельскохозяйственной продукции на основе применения ресурсосберегающих
технологий в конкретных производственно-экономических условиях КБР.
37
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 633.13«321»:631.527
О НАСЛЕДОВАНИИ ПРИЗНАКА ГОЛОЗЕРНОСТИ У ЯРОВОГО ОВСА
Г.А. БАТАЛОВА, И.И. РУСАКОВА
Изучали особенности наследования признака голозерности ярового овса в скрещиваниях
между одной голозерной и пятью пленчатыми формами разного эколого-географи-ческого происхождения в F1, F2 и F3. Выявлена генетическая неоднородность форм F1. Обсуждается необходимость длительного отрицательного отбора или беккроссирования при создании как голозерных,
так и пленчатых форм.
Ключевые слова: овес, ген, голозерность, пленчатые, голозерные, расщепление, гибрид,
отбор, наследование.
Key words: oat, gene, nakedness, husked, naked, segregation, hibryd, screening, inheritance.
Голозерность у овса наследуется в комплексе с многоцветковостью
колоска, его удлиненностью (в форме сережки), отсутствием остей и дорсального опушения. Ранее считалось, что признак голозерности детерминируется одним доминантным геном, проявляющим неполное доминирование (эта гипотеза объясняет неадекватное расщепление у гибридов при
скрещивании голозерных и пленчатых форм), однако позднее было сделано предположение о существовании различного числа модифицирующих
факторов (1). Ген N-1 (главный) контролирует прикрепление пленки к
зерновке. В доминантном гомозиготном состоянии он обусловливает голозерность, в рецессивном (nn) ? пленчатый тип зерна. Три дополнительных гена (N-2, N-3 и N-4) взаимодействуют с N-1, и их совместный
(комбинированный) эффект определяет степень голозерности (2). Вторичные по значению гены N-2 и N-3, в доминантном гомозиготном состоянии усиливающие эффект главного гена, проявляют неполное доминирование. Модифицирующий ген N-4 в доминантном гомозиготном состоянии определяет пленчатость зерна при гетерозиготности по главному, в
рецессивном ? он гипостатичен по отношению к любому другому доминантному аллелю (1).
В F2 при скрещивании голозерных и пленчатых генотипов 1/4 популяции состояла из истинно пленчатых типов, остальная часть была
представлена особями с голозерным или промежуточным типом. Последние имели многоцветковые колоски с голыми зернами и нормальные колоски с пленчатыми зернами на одной метелке. Сообщалось (3), что в F1 у
растений формировались зерна пленчатого, голого и ряда вариантов промежуточного типа.
Изучая потомство F2, E.F. Gaines обнаружил расщепление на пленчатые и голозерные растения в соотношении 3:1 (4). Голозерные растения
в F3 давали расщепление на голозерный и промежуточный типы, что может быть следствием присутствия трех аллеломорфов.
A.S. Caporn (5) в F2 наблюдал соотношение форм 1 (пленчатые):3 (голозерные, у которых на растениях имеются также зерна промежуточного
типа). В F3 пленчатый класс наследовался, в гетерозиготном отмечалось
расщепление по типам 1 (пленчатый):2 (промежуточный):1 (голозерный)
(гетерогенный). В других работах выявляемое у гибридов в F2 расщепление значительно отличалось от соотношения 3:1, в F3 оказалось аналогичным описанному ранее (3). Было сделано заключение, что пленчатое или
голозерное состояние детерминируется одним главным фактором, а другие
вызывают появление зерен пленчатого типа у растений, гетерозиготных по
38
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
этому фактору (гену).
При анализе потомства от реципрокных скрещиваний между голозерными и пленчатыми сортами материнскую наследственность по признаку голозерности не обнаружили (1).
Гетерозиготные растения без признаков голозерености выявляются
по наличию зерен промежуточного типа. У некоторых растений есть небольшая доля таких зерен, очень похожих на нормальные пленчатые, от
которых они отличаются промежуточной по отношению к родительским
формам степенью лигнификации и удлиненными в верхушечной части,
сжатыми с боков пленками (6).
Экологические факторы также влияют на проявление голозерности. Высокая температура и продолжительный световой день способствуют
формированию голого зерна (6, 7), засушливые условия ? пленчатого (8).
Проявление голозерности редко бывает полным, потому что почти у всех
сортов голозерного овса имеется небольшая доля (1-6 %) пленчатых зерен,
которая может быть снижена селекционными методами до величины менее 1 % (9).
Целью нашей работы было изучение наследования голозерности у
ярового овса в F1, F2 и F3 при скрещивании голозерных и пленчаптых генотипов.
Методика. Исследования проводили в 2001-2004 годах в Зональном
НИИ сельского хозяйства Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого. Посевы
располагали в селекционном севообороте. Скрещивания выполняли в 2001
году с использованием форм различного эколого-географического происхождения: пяти пленчатых (Avena sativa L.) ? Аргамак, Е-1643, Улов (Россия), Petra (Финляндия), Freija (Швеция) и одной голозерной (A. nuda) ?
Torch (Канада). Гибриды F1 и их родительские формы высевали в 2002
году вручную в поле в 3-кратной повторности рядками на делянках шириной 1 м. Ширина междурядья 15 см, расстояние между семенами в рядке 5
см, посев по схеме P1F1P2. Гибриды F2, F3 и родительские формы высевали на делянках площадью соответственно 1 и 2 м2 в 3-кратной повторности сеялкой СКС-6-10 (Россия). При посеве F2 и F3 зерно гибридов от
прямых и обратных скрещиваний с голозерным сортом Torch разделяли на
голое и пленчатое и высевали раздельно.
При анализе гибридов учитывали число растений с разным типом
метелки, число голых и пленчатых зерен в метелках промежуточного типа
(без учета зерна промежуточного типа), массу голого и пленчатого зерна с
растения. Уборку растений F2 и F3 осуществляли комбайнами Hege-125
(Австрия).
Благоприятные климатические условия для развития растений овса сложились в 2003 году. Период вегетации 2002 года характеризовался
неблагоприятным сочетанием климатических факторов (в первую очередь, по обеспеченности влагой от начала до окончания). Условия 2001 и
2004 годов были относительно благоприятными. Статистическую обработку данных проводили c использованием пакета компьютерных программ
Agros 2.07.
Результаты. При скрещивании получили 764 гибридных зерна
(частота удачных скрещиваний 27,5 %). В F1 гибридов от прямых и обратных скрещиваний 5 пленчатых сортов с голозерным сортом Torch единообразия по признаку пленчатости не наблюдали (табл. 1.). В комбинациях
Petra Ч Torch и Аргамак Ч Torch отмечались метелки только промежуточного типа (химерные), у остальных гибридов такой тип метелки преобладал. Отсутствие единообразия гибридов F1 при скрещивании пленчатых и
39
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
голозерных форм овса отмечалось многими исследователями (6).
В отличие от A.S. Caporn (5) и G. Jenkins (7) мы выявили реципрокные различия по выраженности изучаемого признака. При использовании сорта Torch в качестве материнской формы во всех гибридных популяциях были выделены гетерозиготные растения, имеющие только
пленчатое зерно, которые практически отсутствовали у гибридов от обратных скрещиваний (исключение составила комбинация Улов Ч Torch ?
6:13:1). В большинстве комбинаций не обнаружили полностью голозерных
метелок, за исключением Torch Ч Аргамак и Torch Ч Petra, где они были
единичными. Кроме того, доля пленчатых зерен в метелках промежуточного типа оказалась выше при использовании пленчатых сортов в качестве
отцовских форм.
В F2 в потомстве, выращенном
1. Расщепление реципрокных гииз пленчатых и голых зерен, отмечабридов ярового ячменя в F1 по
ли расщепление по типу метелки (готипу метелки при скрещиваниях пленчатых сортов с гололозерный+промежуточный):пленчатый,
зерным сортом Torch (Зональотличное от теоретического 3:1. В перный НИИ сельского хозяйства
вом варианте оно имело вид либо
Северо-Востока, г. Киров, 2001
1:1, либо 1:2, во втором ? 1:1, 2:1
год)
либо 3:1 (в зависимости от комбинаПленчатый
?Torch
?Torch
ции), то есть было более близким к
сорт
Е-1643
3:36:0
0:7:3
теоретическому (табл. 2). При этом
Petra
0:12:0
доля метелок только голозерного ти(все промежуточные)
1:3:3
Аргамак
0:9:0
па оказалась незначительной.
(все промежуточные)
1:1,5:2
Различия в характере расщеУлов
6:13:1
0:6:2
Freija
1:5:0
0:10:8
пления в зависимости от направлеП р и м е ч а н и е. Расщепление по типу мения отбора (пленчатые или голые
телки голозерный:промежуточный:пленчатый.
зерна) могут быть связаны с гетерогенностью родителей как по главным, так и по модифицирующим генам
(4). В наших опытах гетерогенность, по-видимому, свойственна голозерному сорту Torch. Этим объясняется большее накопление полностью
пленчатых форм при отборе пленчатых зерен, поскольку при расщеплении
образовывалось большее число классов с пленчатым фенотипом, который
обусловлен гомозиготным рецессивным состоянием генов-модификаторов,
усиливающих проявление пленчатости. Растения с полностью голозерными метелками ? это доминантные гомозиготы по гену N-1 и генам-модификаторам. Неоднозначный характер расщепления у изучаемых гибридов
подтверждает выводы о сложности генетического контроля голозерности и
существовании ряда факторов (главного и дополнительных), усиливающих
или подавляющих проявление этого признака в зависимости от доминантного или рецессивного состояния (10).
Отклонение от типичного при моногибридном скрещивании отношения 3:1, возможно, связано с тем, что одновременно с расщеплением
по главному гену происходило расщепление по генам-модификаторам
(11). Реципрокные различия в F2 проявились только у голозерных форм
гибридов Torch Ч Аргамак и Torch Ч Улов (при использовании сорта Torch
в качестве материнской формы выщеплялась значительная доля пленчатых
метелок ? соответственно 1:16:9 и 1:2,5:5).
В F3 у гибридов, высеянных отобранными пленчатыми зернами,
доля метелок полностью пленчатого типа была невысокой: соотношение между числом растений с типами метелок (голозерный+промежуточный) и пленчатый в зависимости от сорта составляло 1,3:1-5:1. Вероятно,
отобранные в F2 пленчатые зерна были, в основном, гетерозиготными и
40
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
по признаку голозерности относились к промежуточному типу. У всех
форм преобладали метелки промежуточного типа (исключение ? комбинация Freija Ч Torch, где доля растений с голозерными метелками была
наибольшей). Однако при этом доля пленчатых зерен в метелках промежуточного типа оказалась в 2,0-6,6 раза выше, чем голых (наибольшую
отмечали у гибридов Torch Ч Е-1643, Torch Ч Улов и Torch Ч Freija ? соответственно 1:6,6; 1:5,4 и 1:4,6; соотношение массы голых и пленчатых
зерен с растения у этих гибридов составило соответственно 1:38,0, 1:11,5
и 1:18,6). В селекционной работе следует учитывать, что значительная
часть полученных пленчатых зерен гетерозиготна и будет расщепляться в
следующем поколении.
2. Расщепление гибридов ярового ячменя в F2 по типу метелки при посеве
пленчатым и голым зерном (Зональный НИИ сельского хозяйства Северо-Востока, г. Киров, 2002 год)
Гибрид
Посев пленчатым зерном
А
Б
А
Посев голым зерном
Б
1:6:8
1:1,14
36:54:40
1:2,61
Е-1643 Ч Torch
1:33:84
1:2,47
?
?
Torch Ч Е-1643
?
?
1:10:6
1,83:1
Petra Ч Torch
1:6:11
1:1,57
1:3:2
2:1
Torch Ч Petra
1:1,5:2
1,25:1
2:1:1
3:1
Аргамак Ч Torch
?
?
1:16:9
1,89:1
Torch Ч Аргамак
1:3:6
1:1,5
1:1:1
2:1
Улов Ч Torch
1:4:8
1:1,6
1:2,5:5
1:1,43
Torch Ч Улов
?
?
1,3:1:1,75
1,31:1
Freija Ч Torch
1:6:11
1:1,57
1:2:1
3:1
Torch Ч Freija
П р и м е ч а н и е. А и Б ? расщепление по типу метелки соответственно голозерный:промежуточный:пленчатый и (голозерный+промежуточный):пленчатый. Прочерк означает отсутствие данных.
У гибридов F3 доля метелок полностью голозерного типа при посеве голым зерном была ниже, чем доля метелок пленчатого типа при посеве пленчатым зерном: соотношение по типам (голозерный+промежуточный):(пленчатый+промежуточный) составило 2:1-20,5:1. В большинстве
комбинаций преобладали метелки промежуточного типа, только у форм Е1643 Ч Torch, Torch Ч Е-1643, Аргамак Ч Torch и Улов Ч Torch число голозерных метелок и метелок промежуточного типа было примерно одинаковым. Масса голых зерен с растения у проанализированных гибридов была
приблизительно равна либо несколько превышала массу пленчатых (2:1 у
гибридов Е-1643 Ч Torch и Torch Ч Petra; 1,5:1 ? у Freija Ч Torch и Аргамак Ч Torch).
В целом по изучаемому набору гибридов характер расщепления
был сходным, однако наибольшая доля пленчатых зерен отмечалась в
комбинациях Torch Ч Е-1643, Torch Ч Улов и Torch Ч Freija, высеянных
пленчатым зерном. Наибольшее число голых зерен сформировалось у растений, полученных из голого зерна гибридов Е-1643 Ч Torch, Torch Ч Petra,
Freija Ч Torch и Аргамак Ч Torch.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что создание
устойчивых голозерных форм при скрещивании голозерного сорта с пленчатыми затруднено из-за модифицирующего действия ряда второстепенных генов (N-2, N-3, N-4 ). Даже при негативном отборе по изучаемому
признаку доля пленчатых зерен остается значительной вследствие преобладания метелок промежуточного типа. Создание пленчатых форм представляется менее сложным, поскольку накопление таких форм или форм с
преобладанием пленчатых зерен происходило быстрее. Однако не все из
них гомозиготны (следовательно, в дальнейшем могут расщепляться). По41
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
этому при создании как голозерных, так и пленчатых форм необходим
длительный негативный отбор или беккроссирование. В наших опытах
раздельный посев пленчатых и голых зерен, полученных в F1, влиял на
характер расщепления в F2. Следовательно, гибридные растения F1 были
генетически неоднородными, что, по-видимому, связано с гетерогенностью сорта Torch по модифицирующим генам.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
J e n k i n s G. Naked oats. N.A.A.S. Quartenly Review, 1968, 79: 120-126.
K i b i t e S. An isozime marker linked to the N-1 gene covering nakedness in oat. Oat Newsletter, 2002-2003, 48: 25-26.
3. C l a m o t G. Etude de l?heredite du caractere «Grain nu» chez l?avoine. Bull. Rech. Agron.
Gembloux, N.S., 1969, 4(3/4): 323-338.
4. G a i n e s E.F. Inheritance studies and crop breeding. Bull. Wash. Agrric. Exp. Stn., 1924,
187: 54-55.
5. C a p o r n A.S. The inheritance of tight and loose palea in Avena nuda crosses. J. Genet.,
1918, 7: 229-246.
6. B o l l a n d P., L a w e s D.A. The inheritance of the naked grain character in oats studied
in a cross between the naked variety Caesar and the husked variety BO 1/11. Euphytica, 1973,
22: 582-591.
7. J e n k i n s G. The effect of sowing date and photoperiod on panicle morphology in naked
oats. Ann. Appl. Biol., 1973, 73: 85-94.
8. C u d d e r f o rd D. Oats for animal feed. In: The oat crop, production and utilization /R.W. Welsh
(ed.). London, 1995: 321-368.
9. K i r k k a r i A.-M., P e l t o n e n - S a i n i o P., L e h t i n e n P. Dehulling capacity
and storability of naked oat. Agricult. Food Sci., 2004, 13(1-2): 198-211.
10. M a u l e C. Contribution a l'etude de l'heredite du caractere «grain nu» chez l'avoine cultivee.
Ann. Amel. Pl., 1972, 22(4): 355-360.
11. Г е р ш е н з о н С.М. Основы современной генетики. Киев, 1983.
ГУ Зональный НИИ сельского хозяйства
Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого,
Поступила в редакцию
22 марта 2006 года
610007 г. Киров, ул. Ленина, 166а,
e-mail: [email protected]
ABOUT INHERITANCE OF BARE-GRAIN DETERMINANT
IN SPRING OATS
G.A. Batalova, I.I. Rusakova
Summary
The authors investigated the peculiarities of inheritance of bare-grain determinant in spring
oats in crossing between one bare-grained and five hulled forms of different ecologo-geographic origin in F1, F2 and F3 generation. The genetic variability in F1 form was revealed. The necessity of
long-term negative breeding or backcrossing during the creation both bare-grain and hulled forms are
discussed.
Новые книги
С е р е б р о в с к и й А.С. Биография,
научное наследие, избранное (серия «Очерки по истории генетики») /Сост. З.Г. Кокаева.
М.: изд-во «Макс Пресс», 2007, 144 с.
Сборник содержит биографический очерк о выдающемся отечественном
генетике, профессоре Александре Сергеевиче Серебровском, написанный его сыном ? Львом Александровичем. Глубокий
анализ научного наследия, педагогической и общественной деятельности про-
42
фессора А.С. Серебровского дан академиком
РАН, профессором, заведующим кафедрой генетики МГУ им. М.В. Ломоносова С.В. Шестаковым. В издание вошли три научные статьи
А.С. Серебровского, посвященные проблеме гена
и методам борьбы с вредными насекомыми, а
также выдержки из переписки, демонстрирующие его исследовательскую и педагогическую
деятельность, не прерывающуюся даже в годы
Великой Отечественной войны, и некоторые
дневниковые записи. В издании приводятся избранные стихотворения А.С. Серебровского.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 633.358:631.523.4
ИЗМЕНЧИВОСТЬ И ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОДУКТИВНОСТИ
РАСТЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ГИДРОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
У СОРТОВ ГОРОХА И ИХ ГИБРИДОВ F1 ОТ ДИАЛЛЕЛЬНЫХ
СКРЕЩИВАНИЙ
Л.В. ОМЕЛЬЯНЮК, Н.А. КАЛАШНИК
В контрастных условиях среды у 40 диаллельных гибридов гороха F1 и их родительских
форм проанализировали характер фенотипического проявления и наследования признака масса
семян с растения. Оценивали комбинационную способность 9 сортов, выявлены системы генетического контроля продуктивности и предложены доноры, перспективные для селекции по этому
признаку.
Ключевые слова: горох, диаллельные скрещивания, гибриды F1, комбинационная способность, продуктивность растения, донор, селекция.
Key words: peas, diallel crossing, hybrids F1, combination ability, productivity plants, donor,
breeding.
В селекционных программах создания более урожайных и технологичных сортов гороха важно уже на начальных этапах отбора располагать
сведениями об изменчивости и характере наследования хозяйственно ценных признаков. В диаллельных скрещиваниях, как известно, совместная
оценка гибридов F1 и исходных форм предоставляет генетическую информацию, которая при анализе по Менделю обычно может быть получена
только в F2, что позволяет экономить время и целенаправленно отбирать
элиту во втором поколении гибридов (1).
Оценке изменчивости и генетического контроля признаков продуктивности различных сельскохозяйственных культур, в том числе гороха, на
основе диаллельных скрещиваний посвящено значительное число исследований (2-6).
Отбор уникальных генотипов в расщепляющихся гибридных популяциях осуществляется прежде всего по массе семян с растения как интегральному показателю продуктивности. О характере наследования этого
признака накоплены многочисленные сведения. Так, показано, что у гибридов гороха F1 отмечается разная степень гетерозиса по массе семян с
растения (2, 3). В других опытах продуктивность на уровне или ниже
среднего показателя родительских сортов имело большинство гибридных
комбинаций, а частичное доминирование высокой урожайности наблюдалось в вариантах скрещивания сортов со значительными различиями по
таким признакам, как время зацветания, крупность семян и масса семян с
растения (4).
Цель настоящей работы ? изучить изменчивость и комбинационную способность сортов гороха по массе семян с растения на разных гидротермических фонах, используя диаллельные скрещивания.
Методика. Эксперимент проводили в 1988-1989 и 2001-2002 годах в
условиях среднего Прииртышья в 4-польном зернопропашном севообороте (ОПХ «Омское» Сибирского НИИ сельского хозяйства ? СибНИИСХ).
Метеорологические условия в период проведения опытов резко различались по количеству выпавших осадков и сумме температур (7). Так, 19881989 годы характеризовались дефицитом осадков и повышенным температурным фоном в июне?июле. Наиболее жесткие условия отмечали в 1989
году, когда за эти месяцы выпало всего 10 мм осадков при среднесуточных
температурах воздуха (особенно в июле) на 2,7-6,4 °С выше среднемного43
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
летних. В 2001 году сумма осадков в июне?июле (115 мм) была близкой к
норме при равномерном распределении и оптимальном температурном
режиме, что в сочетании с теплой погодой в первой половине августа способствовало проявлению потенциала урожайности изучаемых генотипов.
Вегетационный период 2002 года характеризовался сочетанием избыточного увлажнения (с III декады мая по I декаду июля ? 161 мм, или 199 % от
среднемноголетнего показателя) с пониженными температурами воздуха.
Объектом двух опытов (первый проводили в 1988-1989, второй ?
в 2001-2002 годах) служили 9 исходных сортов и 20 гибридов F1, полученных в диаллельных скрещиваниях. Сорта были представлены набором
разновидностей гороха и характеризовались индивидуальными сочетаниями признаков продуктивности и технологичности. В 1988-1989 годах использовали сорта Труженик, Омский 7, Naldino, Friplex и Kwartella, в
2001-2002 ? Труженик, Омский 9, Нике, Демос и линию селекции СибНИИСХ Л 29/00.
Труженик ? засухоустойчивый сорт, создан на Ворошиловградской
сельскохозяйственной опытной станции (СССР), донор по комплексу признаков (8). Naldino (к-7364, Новая Зеландия) ? мелкосемянный сорт,
Friplex (к-6936, Франция) и Kwartella (к-7615, Нидерланды) ? полукороткостебельные сорта овощного направления использования с повышенным
числом бобов на плодоносе; Омский 7 и Омский 9 ? сорта селекции
СибНИИСХ, районированы в Западно-Сибирском регионе соответственно с 1981 и 1999 года, обладают высоким потенциалом урожайности семян
и зеленой массы; Л 29/00 ? засухоустойчивая селекционная линия с ограниченным верхушечным ростом; Демос (Россия) ? высокобелковый сорт
зернового направления с повышенной устойчивостью к полеганию, районирован в Западно-Сибирском регионе с 2003 года; Нике (Чехословакия) ? по данным многолетнего изучения, в условиях зоны лесостепи Западной Сибири наиболее урожайный сорт из полукороткостебельных
сортообразцов мировой коллекции Всероссийского НИИ растениеводства
им. Н.И. Вавилова (ВИР) (9).
В полевых условиях одновременно изучали 20 диаллельных гибридов F1 и их родительские формы. Повторность опыта 4-кратная, размер
делянки ? 0,8 м2. Посев проводили вручную 17-21 мая, площадь питания
растения ? 10Ч40 см. Растения убирали вручную, исключая краевые. Анализ структуры урожая осуществляли по 12 признакам у 15 растений из каждой повторности. Для статистической обработки данных использовали
методы дисперсионного и корреляционного анализа (10). Комбинационную способность исходных сортов определяли по методике B. Griffing в
изложении Р.А. Цильке с соавт. (11). Генетический анализ проводили по
Акселю и Джонсу в модификации Р.А. Цильке с соавт. (12).
При изучении генетического контроля массы семян с растения
оценивали параметры, достаточно адекватно отражающие генетическую
организацию проявления количественного признака (13): П3 ? коэффициенты корреляции (r ) между суммой (Wr + Vr) и средними значениями
соответствующего показателя родительских форм, характеризующие направленность доминирования; П6 ? среднее по степени доминирования
аллелей всех локусов в популяции; П9 ? среднее по частоте «+»- и «?»аллелей всех локусов; П13 ? соотношение общего числа доминантных и
рецессивных генов у родительских форм. На графике Хеймана связь между ковариансой Wr и вариансой Vr выражается через коэффициент линейной регрессии by.
Результаты. Наибольшую массу семян с растения отмечали у сор44
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
тов Омский 7, Труженик и Нике (соответственно в 1988, 1989 и 2002 году), а также у линии Л 29/00 в 2001 году. Наименее продуктивными в условиях засухи были образцы овощного направления, особенно Kwartella, в
2001-2002 годах ? полукороткостебельный сорт Демос (табл. 1). Необходимо отметить, что растения сорта Нике в 2001 году также имели низкий
показатель массы семян. О степени зависимости этого показателя у растений гороха от изменения гидротермического обеспечения можно судить
по фенотипическому проявлению анализируемого признака у сорта Труженик: при достаточном увлажнении его продуктивность была в среднем
на 80 % выше, чем в засушливых условиях.
1. Продуктивность семян у растений родительских форм гороха (P) и гибридов
(F1), полученных в диаллельных скрещиваниях каждой формы с остальными, по годам исследований (ОПХ «Омское» Сибирского НИИ сельского
хозяйства)
Сорт, линия
Труженик
Омский 7
Naldino
Friplex
Kwartella
Среднее
НСР05
Р
8,6
9,7
7,6
6,7
5,9
7,7
Труженик
15,1
Омский 9
11,4
Л 29/00
16,2
Нике
10,3
Демос
10,9
Среднее
12,8
НСР05
П р и м е ч а н и е. Первый
1-й год опыта
среднее по F1
г
относительно Р, %
9,2
9,6
9,8
8,6
8,2
9,1
Первый
107
99
129
128
139
118
Р
опыт
6,0
5,7
5,6
4,5
4,4
5,2
0,70
опыт
17,0
11,1
19,0
10,9
17,8
11,1
19,1
12,5
14,0
8,0
17,4
10,7
2,48
и второй опыты проводили соответственно в
Второй
112
167
110
185
128
136
2-й год опыта
среднее по F1
г
относительно Р, %
6,8
7,0
6,9
6,6
6,2
6,7
113
122
123
147
141
129
14,0
14,9
14,4
15,8
14,9
14,8
126
137
130
126
186
138
1988-1989 и 2001-2002 годах.
По средним показателям продуктивности гибриды превосходили
исходные образцы (что предполагает наличие гетерозиса и доминирование
лучшего родителя), за исключением сорта Омский 7 в 1988 году ? между
растениями этой родительской формы и соответствующих гибридов F1 отсутствовали различия по анализируемому признаку. Наибольший гетерозисный эффект был отмечен в основном в комбинациях, полученных с
участием наименее урожайных образцов ? Kwartella, Friplex, Нике и Демос (соответственно 1988, 1989, 2001 и 2002 год). Лучшую семенную продуктивность показали следующие гибридные комбинации: в 1988 году ?
Омский 7 Ч Труженик, Труженик Ч Naldino, а также Омский 7 Ч Naldino
(реципрокное скрещивание) (10,1-11,0 г); в 1989 ? Труженик Ч Naldino, а
также Омский 7 Ч Труженик и Naldino Ч Friplex (реципрокное скрещивание) (7,0-7,4 г); в 2001 ? Труженик Ч Омский 9 и Омский 9 Ч Нике (соответственно 25,4 и 33,4 г); в 2002 ? Омский 9 Ч Нике и Демос Ч Нике (реципрокное скрещивание) (17,3-18,9 г).
По данным дисперсионного анализа, наибольшее влияние на фенотипическое проявление анализируемого признака оказывали погодные
условия, особенно при засухе различной интенсивности; достоверным, но
значительно меньшим был вклад генотипа. При достаточном увлажнении
в 2001-2002 годах доля влияния условий выращивания снизилась, генотипа и взаимодействия генотип?среда ? значительно возросла (табл. 2).
Результаты анализа комбинационной способности сортов указывали на достаточно сложный характер наследования признака семенной про45
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
дуктивности растения. Если в условиях засухи средней интенсивности
(1988 год) наибольший вклад в изменчивость анализируемого признака
вносили аддитивные эффекты генов (доля общей комбинационной способности ? ОКС 77,5 %), то при сильной засухе (1989 год) доля варианс
ОКС и специфической комбинационной способности (СКС) (доминирование и эпистаз) была примерно одинаковой (соответственно 45,8 и 43,2 % от
общей изменчивости показателя).
2. Доля влияния (%) генотипа и условий среды на изменчивость массы семян
с растения в среднем по исходным формам и гибридам гороха F1 в годы
исследований с контрастными гидротермическими условиями (ОПХ «Омское» Сибирского НИИ сельского хозяйства)
Фактор
Условия года (А)
Генотип (В)
Взаимодействие факторов (АВ)
П р и м е ч а н и е. mS ? средний квадрат.
* Р < 0,05.
1988-1989
mS
%
mS
288,05*
8,56*
1,23
96,71
2,87
0,41
302,84*
97,28*
36,89*
2001-2002
%
69,30
22,26
8,44
В более благоприятных условиях периода вегетации (2001 год) и во
влажный и прохладный год (2002) в наследовании отмечалось преобладание аллельного и неаллельного действия и взаимодействия генов (доля варианс СКС по годам составила соответственно 51,5 и 62,4 %).
Необходимо отметить, что независимо от условий выращивания
наблюдался весьма ощутимый реципрокный эффект ? от 3,9 до 17,9 %
(соответственно 1988 и 2001 год), то есть в детерминации анализируемого
признака большую роль играют также ядерно-плазматические взаимоотношения. Лучшей продуктивностью характеризовались, как правило, растения реципрокных гибридов, полученных с участием более урожайных
материнских форм.
Анализ оценок эффектов ОКС (табл. 3) показывает, что в засушливых условиях лучшей комбинационной способностью обладали
сорта Омский 7 и Naldino; в благоприятных ? сорта Омский 9, Нике и
линия Л 29/00; во влажный год при пониженной температуре воздуха ?
сорт Нике.
Среди набора сор3. Показатели оценки эффектов доминироватов,
испытываемых
в 2001ния (ОКС, gi) по массе семян с растения у
2002
годах,
обращает
на
сортов гороха по годам исследований (ОПХ
«Омское» Сибирского НИИ сельского хосебя внимание сорт Нике,
зяйства)
который характеризовался
1-й год
2-й год
наименьшей семенной проСорт, линия
Среднее
опыта
опыта
дуктивностью растений в
Первый опыт
благоприятном по услоТруженик
0,268
0,232
0,250
Омский 7
0,876
0,348
0,612
виям вегетации 2001, наиNaldino
0,483
0,199
0,341
большей ? в прохладном
Friplex
?0,569
?0,261
?0,415
Kwartella
?1,057
?0,517
?0,787
и влажном 2002 году. При
Ошибка gi
0,137
0,099
скрещивании Нике с друВторой опыт
Труженик
0,174
?0,630
?0,228
гими сортами полученное
Омский 9
1,039
0,130
0,584
гибридное потомство имело
Л 29/00
1,046
0,429
?0,187
Нике
0,843
1,143
0,993
наилучший показатель по
Демос
?3,102
?0,457
?1,779
анализируемому признаку.
Ошибка gi
0,208
0,347
П р и м е ч а н и е. То же, что в таблице 1.
Можно предположить, что
у этого генотипа из-за географической отдаленности места происхождения набор локусов несколько
46
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
иной, чем у других сортов, что при скрещивании обусловливает наибольший гетерозисный эффект.
В неодинаковых условиях периода вегетации при включении в
скрещивания разных сортов проявились значительные различия в системе
генетического контроля анализируемого показателя. Анализ генетических
параметров и конфигурации графиков Хеймана (рис.) свидетельствует, что
в условиях засухи разной интенсивности наблюдается внутрилокусное
сверхдоминирование (П6 > 1, линия регрессии пересекает ось ОW с отрицательной стороны) и аддитивность локусов (линия регрессии Wr/Vr не
отличается от линии единичного наклона, так как by близок к 1). Эпистаз
отсутствует, проявление признака усиливают доминантные гены (П3 высокодостоверен и имеет отрицательный знак). В условиях засухи средней
интенсивности (1988 год) только сорт Омский 7 располагался в доминантной зоне (см. рис.), остальные генотипы ? в средней части линии регрессии, что указывает на равенство вклада доминантных и рецессивных генов
в фенотипическое проявление признака масса семян с растения. В более
жестких условиях засухи (1989 год) наблюдалась более четкая дифференциация сортов по наличию доминантных и рецессивных генов: в доминантной зоне находились сорта Труженик, Омский 7 и Naldino, в рецессивной ? Friplex и Kwartella (соответственно положительные и отрицательные значения показателя ОКС).
Wr
Wr
by = 0,810
by = 0,849
Vr
Vr
Wr
Wr
by = 0,031
Vr
by = 0,853
Vr
Кривые регрессии и графики Хеймана для признака масса семян с растения у сортов гороха, полученные при диаллельном анализе в разные по гидротермическим условиям годы: А ? 1988
(П3 = ?0,90±0,25; П6 = 1,07; П9 = 0,22; П13 = 1,03), Б ? 1989 (П3 = ?0,95±0,18; П6 = 1,99;
П9 = 0,24; П13 = 1,05), В ? 2001 (П3 = ?0,73±0,39; П6 = 3,42; П9 = 0,21; П13 = 1,40) и Г ?
2002 (П3 = ?0,90±0,25; П6 = 3,08; П9 = 0,22; П13 = 1,31); Wr ? коварианса, Vr ? варианса;
1-9 ? соответственно сорта Труженик, Омский 7, Naldino, Friplex, Kwartella, Омский 9, линия Л 29/00, сорта Нике и Демос.
В отличие от этого в относительно благоприятных условиях 2001
года в наследовании признака отмечалось внутрилокусное сверхдоминирование, между локусами ? очень сильный комплементарный рецессивный
эпистаз (П6 = 3,42, линия регрессии наклонена в сторону абсцисс). Доми47
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
нирование было ненаправленным, поскольку корреляция между (Wr + Vr)
и?хр оказалась недостоверной. Следовательно, масса зерна с растения может увеличиваться или уменьшаться в результате действия как доминантных, так и рецессивных генов. Это же подтверждается сравнением расположения сортов вдоль линии регрессии и эффектов ОКС (см. рис. и
табл. 3). Действительно, в доминантной зоне находятся образцы Труженик,
Л 29/00 и Демос (два первых ? с положительной оценкой эффектов ОКС,
последний ? с отрицательной), в рецессивной ? сорта Омский 9 и Нике
(положительная оценка ОКС).
Во влажный и прохладный сезон вегетации 2002 года в наследовании анализируемого признака продуктивности наблюдалось внутрилокусное сверхдоминирование, заметное влияние оказывало неаллельное взаимодействие между локусами по типу комплементарного эпистаза (наряду с
аддитивностью). В условиях этого года по сравнению с предыдущим расположение сортов вдоль линии регрессии изменялось: сорт Демос переместился в рецессивную, Нике ? в доминантную зону, что свидетельствует о значительном влиянии среды на продуктивность у указанных генотипов и, соответственно, их гибридного потомства.
Общепринято, что у гороха отбор элитных растений в F2 осуществляется по признакам, контролируемым рецессивными генами. По полигенным признакам лучшие растения для пересева в селекционном питомнике 1-го года отбирают в F3-F4 (14, 15). Полученные нами данные о характере наследования такого сложного для теории и практики селекционного процесса признака продуктивности, как масса семян с растения,
предполагает разный подход при отборе уникальных генотипов в расщепляющихся гибридных популяциях в зависимости от условий выращивания.
В частности, в засушливых условиях отбор по продуктивности следует начинать с F2, так как доминантные гены стабильно увеличивают массу семян с растения. Далее необходим пересев селекционного материала и отбор желаемых гомозиготных генотипов в более поздних поколениях (F4F6). В относительно благоприятных условиях проявилось сверхдоминирование и очень сильный комплементарный эпистаз. Поскольку при этом
доминирование оказалось ненаправленным, отбор элит возможен как по
доминантным, так и по рецессивным аллелям из гибридных популяций до
F4-F6. Во влажных и прохладных условиях стратегия и тактика отбора
практически ничем не отличается от изложенной для условий засухи.
Хорошими донорами по признаку масса семян с растения могут
быть в засушливых условиях ? сорта Омский 7, Naldino и Труженик, в
относительно благоприятных ? сорта Омский 9, Нике и линия Л 29/00, в
прохладных и влажных ? только сорт Нике.
Таким образом, у гороха на фенотипическое проявление анализируемого признака продуктивности (масса семян с растения) значительно
влияет гидротермический режим периода вегетации: если в условиях засухи доля влияния генотипа в общей изменчивости признака хотя и достоверна, но невелика, то в оптимальных и влажных генотипическое разнообразие возрастает примерно в 10 раз и взаимодействие генотип?среда
заметно усиливается. Анализ средних значений массы семян с растения у
сортов и гибридов выявил превосходство потомства F1. Однако наблюдаемый гетерозисный эффект детерминируют разные генетические системы:
в одной группе сортов ? аддитивное действие доминантных генов, в другой ? неаллельные взаимодействия по типу комплементарного (рецессивного) эпистаза и частично доминантные гены.
48
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Д р а г а в ц е в В.А., Ц и л ь к е Р.А., Р е й т е р Б.Г. и др. Генетика признаков продуктивности яровых пшениц в Западной Сибири. Новосибирск, 1984.
Р о д и н Е.А. Прогнозирование и повышение эффективности отбора в селекции растений на основе параметров генотипической изменчивости (на примере культуры гороха).
Киров, 1979.
Р ы б н и к о в а В.А. Селекционно-генетический анализ сортов гороха по некоторым
хозяйственно полезным признакам. Тр. по прикладной бот., ген. и сел. ВНИИ растениеводства, 1982, 75(3): 78-85.
Х а н г и л ь д и н В.X., Х а н г и л ь д и н В.В. Основные направления и генетические основы селекции. В сб.: Генетика и селекция гороха. Новосибирск, 1975: 224-267.
В о р о н к о в а Н.Е. Некоторые подходы к оценке селекционной ценности сортов и
гибридов пшеницы. С.-х. биол., 1982, XVII(4): 458-462.
М и х а л ь ц о в а М.Е., К а л а ш н и к Н.А. Изменчивость и генетический контроль
озерненности колоса у растений пивоваренного ячменя. С.-х. биол., 2004, 3: 72-75.
Метеорологический бюллетень. Омск, 1988-1989, 2001-2002.
О м е л ь я н ю к Л.В. Создание и изучение исходного материала в селекции гороха для
южной лесостепи Западной Сибири. Автореф. канд. дис. Омск, 1998.
О м е л ь я н ю к Л.В., А с а н о в А.М. Изучение сортообразцов гороха мировой коллекции ВИР в условиях южной лесостепи Западной Сибири. Докл. РАСХН, 2004, 5: 9-11.
Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.
Ц и л ь к е Р.А., П р и с я ж н а я Л.П. Методика оценки исходного материала по
комбинационной способности в диаллельных скрещиваниях. Метод. реком. Новосибирск, 1979.
Ц и л ь к е Р.А., П р и с я ж н а я Л.П. Методика диаллельного анализа исходного материала по количественным признакам. Метод. реком. Новосибирск, 1979.
Д р а г а в ц е в В.А., Ц и л ь к е Р.А., Р е й т е р Б.Г. Генетика продуктивности яровой пшеницы в Западной Сибири. Новосибирск, 1984.
Программа работ Западно-Сибирского селекцентра до 2010 года. Принципы и методы
создания новых сортов зерновых, зернобобовых, кормовых культур и картофеля.
Омск, 1990.
В а с я к и н Н.И. Селекция зернобобовых культур в Западной Сибири. Докт. дис. Новосибирск, 2003.
ГНУ Сибирский НИИ сельского хозяйства,
644012 г. Омск, просп. Королева, 26,
e-mail: [email protected]
Поступила в редакцию
25 июля 2006 года
VARIABILITY AND GENETIC CONTROL OF PRODUCTIVITY IN PEA
VARIETIES AND THEIR HYBRIDS F1 FROM DIALLEL CROSSING IN
CONNECTION WITH HYDROTHERMIC CONDITIONS
L.V. Omel?yanyuk, N.A. Kalashnik
Summary
In contrasting conditions of the environment in 40 diallel pea hybrids F1 and their parental
forms the authors analyzed the character of phenotypic manifestation and inheritance of determinant
of seed mass from plant. The combinative ability was estimated in 9 varieties. The authors revealed
the systems of genetic control of productivity and presented the donors perspective for selection on
this determinant.
Новые книги
Б е р е з к и н А.Н., К о н о в а л о в Ю.Б.,
П ы л ь н е в В.В. Практикум по селекции
и семеноводству полевых культур. Уч.
пос. /Под ред. В.В. Пыльнева. М.: изд-во
«Колос», 2008, 551 с.
В книге описаны технологические приемы планирования и проведения селекционно-семеноводческой работы, изложены вопросы сортоведения основных полевых культур. Рассматриваются
стандартные и микрометоды оценки каче-
ства селекционного материала. Обсуждаются
методики и техника проведения работ, дан перечень необходимых материалов и оборудования. Приведены образцы соответствующей селекционно-семеноводческой документации, позволяющие приобрести соответствующие навыки их оформления. Книга предназначена для
студентов высших учебных заведений, бакалавров и магистров, слушателей курсов повышения квалификации, специалистов в области селекции и семеноводства растений.
49
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 582.663:581.143.27
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ДИВЕРГЕНЦИИ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ
СТРУКТУР РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ КАТЕГОРИЙ
НА ПРИМЕРЕ АМАРАНТА (Amaranth L.)
А.В. ЖЕЛЕЗНОВ, Н.Б. ЖЕЛЕЗНОВА, Н.В. БУРМАКИНА
В опытах по корреляционному анализу изучали дивергенцию корреляционных структур у амаранта на внутрипопуляционном (дивергенция линий), внутривидовом (дивергенция образцов) и межвидовом (дивергенция видов) уровнях. Показано, что степень дивергенции корреляционных структур у разных видов может различаться в зависимости от их филогенетического
родства и соотношений внутри вида или рода.
Ключевые слова: амарант, корреляционный анализ, дивергенция, признак.
Key words: amaranth, correlative analysis, divergence, characteristic.
Продукты естественного и искусственного отбора ? корреляции и
корреляционные плеяды ? играют существенную роль в эволюционном
преобразовании растений и животных. Обнаруживая корреляции между
признаками, мы имеем возможность найти причинную связь, определяющую влияние одного признака на другой. Выполненный нами ранее у
амаранта корреляционный анализ десяти признаков позволил установить
коэффициенты корреляции между всеми возможными их сочетаниями.
Наиболее сильную, почти функциональную связь показали пары признаков: высота растений?длина соцветий; ширина листа?длина листа; ширина листа?число пасынков; урожайность зеленой массы?ширина листа;
урожайность зеленой массы?число пасынков. Установлено, что между
степенью изменчивости и коррелированностью признаков существует связь,
оценить которую также можно с помощью коэффициентов корреляции
(например, коэффициента корреляции Спирмена).
Выявлено, что самоопыленные потомства отдельно взятого образца
имеют специфическую структуру корреляционных отношений и признаки
одной функциональной группы можно объединить в отдельные блоки, называемые корреляционной плеядой. В процессе гомозиготизации корреляционные связи одних признаков проявляют устойчивость, других ?
варьируют (1).
Однако корреляционный анализ был бы неполным без расчета
коэффициентов дивергенции корреляционных структур (2). Величину
коэффициентов дивергенции корреляций (КДК) у разных систематических категорий можно экстраполировать на степень дивергенции этих
категорий (3).
В настоящей работе нами была поставлена задача установить коэффициенты дивергенции корреляционных структур у амаранта на внутрипопуляционном, внутривидовом и межвидовом уровнях.
Методика. Опыты проводили на экспериментальных полях Института цитологии и генетики СО РАН (ИЦиГ) в 2002-2006 годах. Почвы
опытного участка ? серые лесные, легко- и среднесуглинистые, с содержанием гумуса 3,85 %, бедные подвижными формами азота и калия, с
большим количеством фракций крупной пыли, слабой воздухо- и водопроницаемостью, склонные к заплыванию, реакция слабокислая. Климат
резко континентальный, сумма эффективных температур ? 1800-1950 °С,
80 % осадков выпадает в весенне-летний период. В годы проведения опытов
погодные условия были благоприятными для роста и развития амаранта.
50
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Материалом для исследований служили образцы амаранта (Amaranth L.) из коллекции Всероссийского НИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова. Семена амаранта высевали на делянках площадью 2,8 м2 широкорядно. В опытах по изучению внутрипопуляционной дивергенции в течение 4 лет проводили самоопыление растений образца к-61 (A. hypochondriacus L.), накрывая соцветия изоляторами из бязи. Полученные самоопыленные потомства I4 для краткости называли линиями. Для установления
внутривидовой дивергенции использовали растения семи образцов, принадлежащих к виду A. caudatus L. (номера в коллекции ИЦиГ: 11001,
11002, 11015, 11033, 11064, 11079 и 11004), межвидовой ? шести видов
амаранта (A. hybridus, A. aureus, A. gangeticus, A. tricolor, A. paniculatus и
A. caudatus).
Анализировали следующие признаки: 1 ? высота растений, см; 2 ?
высота растений до основания соцветий, см; 3 ? длина соцветий, см; 4 ?
ширина листа, см; 5 ? длина листа, см; 6 ? число пасынков, шт.; 7 ?
индекс листа, равный отношению длина:ширина; 8 ? масса зерна с одного растения, г; 9 ? урожайность зеленой массы, кг/м2; 10 ? масса
1000 семян, г.
Коэффициенты корреляций для всех систематических категорий
представлены в нашей предыдущей работе (1). Коэффициент дивергенции
корреляций (КДК) рассчитывали по формуле, предложенной В.М. Шмидтом (3):
КДК = ? ?r/2n,
где ?r ? сумма достоверных отклонений корреляций между двумя систематическими категориями; n ? общее число рассчитанных корреляций
между парами признаков сравниваемых категорий. Расчеты проводили по
21 паре признаков для каждой систематической категории.
Результаты. Пример ре1. Коэффициенты корреляций (r) между
зультатов
расчета достоверных
парами признаков и их достоверные
отклонений корреляций (?r)
отклонения (?r) у самоопыленных лимежду парами признаков у двух
ний образца к-61 амаранта Amaranth
hypochondriacus L. (на примере двух из
линий представлен в таблице
15 полученных) (Новосибирская обл.,
1. При исследовании внутрипо2006 год)
пуляционной дивергенции мы
Пара признаков
rл-1
rл-2
?r
проанализировали 15 самоопы1-2
0,897
0,608
0,289
ленных линий амаранта.
1-3
0,790
0,861
0,071
Рассчитанные для всех
1-4
0,780
0,724
0,056
1-5
0,797
0,670
0,127
линий коэффициенты дивер1-6
0,730
0,708
0,022
генции корреляционных струк1-7
0,048
0,299
0,251
2-3
0,439
0,121
0,318
тур приведены в таблице 2.
2-4
0,675
0,233
0,442
Эти КДК различались по от2-5
0,695
0,147
0,548
2-6
0,689
0,282
0,407
дельным линиям, но оказались
2-7
0,048
0,214
0,166
весьма малы (< 0,1). При само3-4
0,653
0,758
0,105
опылении наблюдалась диф3-5
0,658
0,743
0,085
3-6
0,532
0,705
0,173
ференциация популяции к-61.
3-7
0,030
0,241
0,211
Анализ корреляционных стру4-5
0,889
0,877
0,012
4-6
0,582
0,376
0,206
ктур показал, что большая
4-7
0,299
0,516
0,217
часть различий КДК возни5-6
0,734
0,358
0,376
5-7
?0,161
?0,474
0,313
кала за счет одних и тех же
6-7
?0,196
0,101
0,297
признаков и только в отдель??r = 4,692
ных случаях причиной были
П р и м е ч а н и е. л-1 и л-2 ? соответственно линия 1
и линия 2. Описание анализируемых признаков см. в
сильные отклонения сопосразделе «Методика».
тавляемых корреляций. Следу51
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ет подчеркнуть, что полученные значения КДК для линий позволяют оценить дифференциацию популяции не только визуально (по морфологическим признакам), но и в количественных показателях, а также зафиксировать этот процесс во временных координатах. Например, можно утверждать,
что расхождения между линиями 4 и 6 значительные (КДК = 0,077), между
линиями 8 и 9 ? незначительные (КДК = 0,045). КДК последних мало
отличаются от КДК большинства линий, что свидетельствует о почти равном отклонении корреляционных структур этих линий от исходного типа
к-61 (см. табл. 2).
2. Коэффициенты дивергенции корреляционных структур у самоопыленных
линий образца к-61 амаранта Amaranth hypochondriacus L. (Новосибирская обл., 2006 год)
Линия 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0
2
3
4
0,045 0,051 0,063
0
0,042 0,052
0
0,029
0
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0,039
0,032
0,029
0,045
0
0,047
0,052
0,052
0,077
0,048
0
0,062
0,046
0,033
0,059
0,043
0,037
0
0,024
0,036
0,047
0,068
0,039
0,050
0,059
0
0,035
0,036
0,035
0,059
0,032
0,032
0,035
0,045
0
0,043
0,036
0,024
0,048
0,024
0,032
0,036
0,040
0,034
0
0,056
0,034
0,025
0,047
0,046
0,046
0,035
0,057
0,036
0,034
0
0,051
0,040
0,032
0,038
0,031
0,067
0,053
0,059
0,048
0,043
0,036
0
0,030
0,037
0,038
0,030
0,023
0,036
0,041
0,040
0,020
0,027
0,038
0,046
0
0,058
0,046
0,018
0,028
0,029
0,061
0,046
0,055
0,047
0,036
0,035
0,030
0,043
0
0,030
0,041
0,020
0,046
0,033
0,036
0,031
0,047
0,028
0,033
0,026
0,044
0,037
0,032
0
У коллекционных образцов A. caudatus (в основном, КДК > 0,1)
отмечалась более сильная внутривидовая дифференциация по сравнению с
внутрипопуляционной (табл. 3). Эти образцы формировались под влиянием
не только искусственного, но и естественного отбора в разных экологогеографических условиях. Поэтому, например, КДК образцов 11001 и 11002
значительно отличался от КДК образцов 11015 и 11033 при малозаметных
визуальных различиях между парами образцов. В то же время образцы
11033 и 11064 характеризовались невысокими значениями КДК, что свидетельствует об их недавнем обособлении. Отметим, что морфологические
различия между образцами даже одного вида были выражены значительно
сильнее, чем различия между значениями их КДК. По-видимому, корреляционные структуры систематических категорий обладают большим консерватизмом по сравнению с морфологическими признаками и в ходе
эволюции изменяются медленнее (3).
3. Коэффициенты дивергенции корреляционных структур у коллекционных
образцов Amaranth caudatus (Новосибирская обл., 2006 год)
Образец
11001
11002
11015
11033
11064
11079
11004
11001
11002
11015
11033
11064
11079
11004
0
0,106
0
0,142
0,147
0
0,104
0,103
0,143
0
0,144
0,133
0,122
0,092
0
0,134
0,124
0,136
0,116
0,101
0
0,109
0,108
0,130
0,123
0,118
0,100
0
Коэффициенты дивергенции корреляционных структур видов были
в 1,5-2,0 раза выше, чем КДК образцов, и в 5-6 раз выше, чем КДК линий
(табл. 4), то есть подтвердилось предположение В.М. Шмидта (3) об увеличении значений КДК по мере повышения ранга таксона. Степень дивергенции корреляционных структур у разных видов различалась в зави52
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
симости от их филогенетического родства и соотношений внутри рода.
Так, A. gangeticus ? хорошо обособленный вид, далеко ушедший в своем
филогенетическом развитии, а A. hybridus близок к A. paniculatus и A. caudatus (см. табл. 4). Неслучайно J.D. Sauer (4) рассматривал A. hybridus как
возможную прародительскую форму зерновых амарантов A. paniculatus и A.
caudatus. Обращает на себя внимание почти полное совпадение КДК у видов A. aureus и A. paniculatus, а также A. aureus и A. caudatus., что свидетельствует о филогенетической близости этих амарантов.
4. Коэффициенты дивергенции корреляционных структур у коллекционных
образцов разных видов амаранта Amaranth L. (Новосибирская обл.,
2006 год)
Вид
A.
A.
A.
A.
A.
A.
hybridus
aureus
gangeticus
tricolor
paniculatus
caudatus
A. hybridus
A. aureus
A. gangeticus
A. tricolor
A. paniculatus
A. caudatus
0
0,103
0
0,211
0,200
0
0,124
0,144
0,269
0
0,152
0,126
0,215
0,168
0
0,164
0,124
0,217
0,214
0,111
0
Таким образом, предложенный нами способ оценки дивергенции
корреляционных структур позволяет установить критерии дивергенции,
необходимые для отказа от субъективных определений ее высокой или низкой степени. Коэффициенты дивергенции корреляций (КДК) могут быть
полезны при установлении филогенетических отношений между таксонами различного ранга. Особое значение они приобретают в тех случаях, когда другие методы (например, изозимный анализ и использование ДНКмаркеров при исследовании генетического разнообразия культурных и диких амарантов) дают неоднозначные результаты (5).
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
Ж е л е з н о в А.В., Ж е л е з н о в а Н.Б., Ю д и н а Р.С. Изучение изменчивости и
корреляционных связей некоторых признаков у амаранта печального (Amaranthus hypochondriacus L.). С.-х. биол., 2008, 1: 40-47.
Т е р е н т ь е в П.В. Метод корреляционных плеяд. Вест. Ленинградского ун-та, 1959,
9: 137-141.
Ш м и д т В.М. Опыт анализа дивергенции корреляционных структур систематических категорий. В кн.: Применение математических методов в биологии. Л., 1964, вып.
3: 61-69.
S a u e r J.D. The grain amaranths and their relatives a revised taxonomic and geographic survey. Annals Missouri Botanical Garden, 1967, 54: 103-137.
C h a n R.F., S u n M. Genetic diversity and relationships detected by isozyme and RAPD
analysis of crop and wild species of Amaranthus. Theor. Appl. Genet., 1997, 95: 865-873.
Институт цитологии и генетики СО РАН,
630090 г. Новосибирск, просп. Лаврентьева, 10,
e-mail: [email protected]
Поступила в редакцию
29 марта 2007 года
ESTIMATION OF DEGREE OF DIVERGENCE OF CORRELATED
STRUCTURES OF DIFFERENT SYSTEMATIC CATEGORIES
BY THE EXAMPLE OF Amaranth L.
A.V. Zheleznov, N.B. Zheleznova, N.V. Burmakina
Summary
The authors studied the divergence of correlated structures in amaranth on intrapopulation
(divergence of lines), intraspecific (divergence of variants) and interspecific (divergence of species)
levels. It was shown that degree of divergence of correlated structures in different species varies in
connection with their phylogenetic relationship and the proportions within species.
53
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Культура ткани в селекционных технологиях
УДК 634.74:581.3
ДИНАМИКА ПРОРАСТАНИЯ ПЫЛЬЦЫ И РОСТА ПЫЛЬЦЕВЫХ
ТРУБОК in vitro У ГИБРИДОВ ОБЛЕПИХИ КРУШИНОВИДНОЙ
РАЗНОГО ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Д.А. ЛАПШИН, Т.Н. КУЗНЕЦОВА
Используя питательную среду, изучали качественные показатели пыльцы у гибридов
Hippophaё rhamnoides L. разного эколого-географического происхождения селекции Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии. Уточнена методика определения
жизнеспособности пыльцы и установлено время прорастания всей жизнеспособной пыльцы.
Показано, что гибриды H. rhamnoides по динамике прорастания пыльцы и роста пыльцевых
трубок подразделяются на две группы с разной продолжительностью этих процессов (соответственно 2-4 и 16-22 ч).
Ключевые слова: облепиха крушиновидная, гибриды, пыльцевое зерно, пыльцевая трубка, жизнеспособность.
Key words: sea buckthorn, hybrids, pollen-grain, pollen-tube, viability.
Облепиха крушиновидная (Hippopha rhamnoides L.) (1) в отличие от
большинства плодово-ягодных культур ? двудомное растение, поэтому в
формировании высокого урожая плодов у H. rhamnoides важная роль принадлежит мужским особям (2, 3). Их селекция велась по хозяйственно
ценным признакам ? зимостойкости, габитусу, вилтоустойчивости (4-6),
однако в последнее время уделяется внимание пыльцепродуктивности и
качественным показателям пыльцы, представляющим как теоретический,
так и практический интерес. Вопросы качества пыльцевых зерен (ПЗ) H.
rhamnoides освещены сравнительно мало (7-9). Основными показателями
качества ПЗ служат прорастаемость (жизнеспособность) и длина пыльцевой
трубки (ПТ) как фактор, характеризующий количество собственных питательных веществ ПЗ. В доступной нам литературе данных по динамике качественных показателей ПЗ гибридов H. rhamnoides мы не обнаружили.
В связи с этим целью нашей работы была характеристика гибридов
облепихи кушиновидной разного эколого-географического происхождения
селекции Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии (НГСХА) по динамике прорастания ПЗ и росту ПТ in vitro.
Методика. Исследования проводили в течение весенних периодов
2005-2007 годов. Объектом изучения служили мужские гаметофиты (пыльца) гибридов H. rhamnoides разного эколого-географического происхождения селекции В.А. Фефелова (НГСХА): Геракл, 31/89 и 5/93 ? гибриды,
полученные от опыления сортов Ботанического сада Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (далее сорта МГУ, прибалтийский экотип) пыльцой мутантной мужской формы катунской облепихи; Дебют ? гибрид катунского экотипа; 5/87, 1/89 и 1/91 ? гибриды,
полученные от опыления сортов МГУ опылителями катунского экотипа;
1/90 ? гибрид, полученный от опыления сортов МГУ опылителями саянского экотипа. По комплексу морфофизиологических признаков все изученные мужские гибриды можно условно разделить на две группы: с преобладанием морфофизиологических признаков прибалтийского (Геракл,
31/89, 1/90 и 5/93) и катунского (Дебют, 5/87, 1/89 и 1/91) экотипа.
Зрелую пыльцу отбирали по описанной методике (10). Жизнеспособность пыльцы in vitro оценивали методом Транковского (11, 12) (3 по54
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
вторности по 1000 ПЗ в каждой; проращивание в чашках Петри при температуре 20-22 °C). Динамику прорастания ПЗ прослеживали темпорально ?
через 2, 4, 8, 12, 16, 22 и 24 ч после посева на питательную среду. При
просмотре препаратов проросшими считали ПЗ, имевшие длину ПТ более
диаметра ПЗ, наклюнувшимися ? с длиной ПТ не менее 1/2 диаметра ПЗ.
Длину ПТ измеряли у 100 проросших ПЗ каждого образца через 2, 4, 8,
12, 16, 22 и 24 ч, используя микрометр МОВ-1-15 (Россия) при увеличении Ѕ375. Все препараты просматривали в световом микроскопе Laboval-4
(«Carl Zeiss», Германия).
Данные обработаны методами прикладной статистики (13, 14) с
использованием пакета программ Microsoft Excel и Statistica 6.0. Жизнеспособность и динамику прорастания ПЗ оценивали при помощи критерия Пирсона (?2), длину ПТ ? критерия Крускала-Уоллиса, представляющего собой непараметрический аналог показателя, который дает однофакторный дисперсионный анализ, а также множественного попарного сравнения по критерию Крускала-Уоллиса с поправкой Бонферрони (14). Для
выявления сходства между гибридами применяли кластерный анализ (мера
удаленности ? Eвклидово расстояние, иерархическое объединение в кластеры по методу Уорда) (14).
Результаты. Известно, что трудности при использовании метода
проращивания in vitro для определения жизнеспособности ПЗ и длины ПТ
у растений любых видов обусловлены необходимостью подбора условий
культивирования. Мы оптимизировали состав среды, предложенной другими авторами для проращивания ПЗ облепихи (15). Разработанная модификация представляет собой 1 % агаризованную среду Транковского с содержанием сахарозы 15 % при добавлении CaCl2 и H3BО3 (по 3Ѕ10-5 %).
У всех изученных гибридов единичные проросшие ПЗ отмечались
уже через 1 ч после посева свежесобранной пыльцы на модифицированную среду Транковского; время прорастания всех потенциально жизнеспособных ПЗ составляло 16-22 ч (рис. 1, А). ПТ H. rhamnoides начинали
лизироваться через 22 ч после посева ПЗ (см. рис. 1, Б), что соответствует
периоду прорастания всех потенциально жизнеспособных ПЗ. Поэтому
оценку жизнеспособности пыльцы и длины ПТ H. rhamnoides целесообразно
проводить не ранее, чем через 22 ч после посева на питательную среду.
Анализ данных по жизнеспособности ПЗ с использованием критерия ?2 выявил статистически значимые различия как по годам наблюдений
(?2 = 304,15; p < 0,001), так и между изученными гибридами на пыльце,
полученной в один год (?2 = 65063,90; p < 0,001).
В 2005 году более активно прорастали
ПЗ у гибридов Дебют,
1/91 и 5/93 (жизнеспособность соответственно 61,0; 69,7 и 66,4 %),
в 2006 ? у гибридов
1/89 и 31/89 (50,5 и
Рис. 1. Динамика прорастания пыльцы (А) и роста пыльцевых
53,5 %), в 2007 ? у
трубок (Б) у гибридов Hippopha rhamnoides при высеве на могибрида 5/87 (37,7 %).
дифицированную среду Транковского (усредненные данные
Наименьший поза 2005-2007 годы исследований по всем изученным гибриказатель
прорастаемодам; описание гибридов см. в разделе «Методика»).
сти пыльцы каждый год
отмечали у разных образцов: в 2005 ? у гибрида 31/89 (6,8 %), в 2006 ? у
гибрида Дебют (21,1 %), в 2007 ? у гибрида Геракл (11,0 %); в том же году
55
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
у гибридов 1/89 и 1/91 пыльца имела прорастаемость менее 1 %, то есть
была охарактеризована как нежизнеспособная.
В 2005 году гибриды сформировали пыльцу, наиболее разнокачественную по жизнеспособности. Так, у растений 1/91 этот показатель составлял 69,7 %, у 31/89 ? только 6,8 %, что стало наименьшим значением
для всех образцов за три года исследований. Отмеченный максимум можно объяснить благоприятными погодными условиями в зимне-весенний
период формирования пыльцы.
Снижение доли прорастающих ПЗ
в 2007 году зарегистрировали практически
у всех гибридов, кроме
31/89, при минимальном разбросе показателей жизнеспособности между гибридами
(от 11,0 до 37,7 % соответственно у гибридов Геракл и 5/87)
(рис. 2). Резкое снижение жизнеспособности
пыльцы, вероятно, стало следствием заморозков в период развития мужского гаметофита у растений. Действительно, в 2005 и
2007 годах, когда заморозки были отмеРис. 2. Жизнеспособность пыльцы (А) и динамика роста пыльчены соответственно
цевых трубок (Б) у гибридов Hippopha rhamnoides разного эко6 и 20 раз, жизнесполого-географического происхождения по годам наблюдения при
высеве на модифицированную среду Транковского: 1 ? Геракл,
собность пыльцы варь2 ? 31/89, 3 ? 5/93, 4 ? Дебют, 5 ? 5/87, 6 ? 1/89, 7 ?
ировала от наибольшей
1/91, 8 ? 1/90 (описание гибридов см. в разделе «Методика»).
до резко снизившейся у
части образцов (вплоть до гибели пыльцы у гибридов 1/89 и 1/91).
Выявленные различия в динамике прорастания ПЗ гибридов H. rhamnoides (см. рис. 2) позволили разделить их на 2 группы. В 1-й (гибриды
Геракл и Дебют) для пыльцы было характерно дружное прорастание через
2-4 ч после посева, во 2-й ? несинхронизированное, продолжительное по
времени прорастание (в течение 22 ч после посева).
При кластерном анализе изученные гибриды по степени сходства
динамики (характера) прорастания также разделились на 2 группы: в 1-ю
вошли образцы 1/91, 1/90, 5/93, 31/89, 1/89 и 5/87, во 2-ю ? Дебют и Геракл с формированием подгруппы внутри каждой группы. Наиболее сходными были следующие пары, имеющие как одинаковое, так и разное эколого-географическое происхождение: 1/91 и 1/90; 5/93 и 31/89; 1/89 и
5/87; Дебют и Геракл (рис. 3).
Поскольку при анализе значений длины ПТ по критерию согласия Колмогорова-Смирнова (d = 0,15; p < 0,001) и Лиллиефорса (l = 0,15;
p = 0,001) обнаруживались достоверные отклонения от нормального распределения, для оценки показателя применяли методы непараметрической
статистики. Используя критерий Крускала-Уоллиса, выявили статистиче56
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ски значимые различия в разные годы наблюдений (?2 = 225,16; p < 0,001),
поэтому далее выполняли межгибридный анализ по годам исследований.
Статистически значимые различия между гибридами по длине ПТ отмечали во все годы (2005: ?2 = 242,89; p < 0,001; 2006: ?2 = 166,13; p < 0,001;
2007: ?2 = 86,35; p < 0,001). Выявленное достоверное влияние генотипических особенностей на проявление признака указывало на необходимость
проведения попарных межгибридных сравнений. Такое сравнение по критерию Крускала-Уоллиса с поправкой Бонферрони по годам (табл.) показало, что статистически значимые различия отсутствуют только между
следующими гибридами: Геракл и 1/90; 31/89 и 5/87, 1/89, 1/91; 5/93 и
1/90; 5/87 и 1/89; 1/89 и 1/91. Гибриды, которые между собой статистически значимо не различались по длине ПТ (см. табл.), неодинаково реагировали на изменение внешних условий по годам наблюдений (см. рис. 2).
В других парных комбинациях выявлены достоверные различия гибридов,
следовательно, более объективную оценку дает анализ показателей у отдельных гибридов разного эколого-географического происхождения по годам. Полученные результаты указывают на целесообразность изучения динамики роста ПТ в качестве критерия качества мужских гибридов.
Рис. 3. Дендрограмма сходства гибридов Hippopha rhamnoides разного эколого-географического происхождения по динамике прорастания пыльцы (А) и роста пыльцевых трубок (Б). Описание
гибридов см. в разделе «Методика».
В 2005 году наиболее длинные ПТ имела пыльца гибридов 1/89
(119,6 мкм) и 1/91 (123,9 мкм); в 2006 ? 31/89 (111,3 мкм), 1/90 (100,4
мкм) и 1/91 (105,6 мкм); в 2007 ? гибрида 31/89 (179,7 мкм) (см. рис. 2).
В целом, наибольшую длину ПТ отмечали в 2007 году, что, на наш
взгляд, связано с уменьшением общего количества пыльцы вследствие повреждения мужских растений из-за аномально сложившихся погодных условий в осенне-зимний и зимне-весенний периоды 2006-2007 годов. Однако только для образцов пыльцы гибридов 5/87 и 31/89 достоверно показано, что, несмотря на снижение числа проросших ПЗ, они имели более
длинные ПТ, чем в предыдущие годы. Самыми короткими ПТ в 2005 и
2007 годах характеризовалась пыльца гибрида Геракл, в 2006 ? гибрида
Дебют (см. рис. 2).
За три года исследований наибольшую и наименьшую вариабельность по этому признаку выявили в 2006 году соответственно у гибридов
Дебют (Cv = 81,9 %) и 1/89 (Cv = 26,8 %).
Таким образом, относительно стабильной длиной ПТ во все годы
исследований характеризовался гибрид Дебют (48,6 мкм ? в 2005, 49,6
мкм ? в 2006 году) (см. рис. 2). У гибрида 31/89 длина ПТ значительно
варьировала (см. рис. 2): в 2005 году ? составила 44,0, в 2007 ? 179,7 мкм;
аналогичную, но менее выраженную тенденцию наблюдали у гибрида 5/87.
Следует отметить, что как максимальные, так и минимальные зна57
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
чения длины ПТ и коэффициентов вариации зарегистрировали в разные
годы исследований у разных гибридов.
Показатели попарного сравнения гибридов Hippopha rhamnoides разного экологогеографического происхождения по годам (по критерию Крускала-Уоллиса с учетом поправки Бонферрони)
Гибрид
Геракл
31/89
5/93
Геракл
31/89
5/93
Дебют
5/87
1/89
1/91
1/90
<
<
<
<
<
<
1
0,0010
0,0010
0,0010
0,0010
0,0010
0,0010
0,0095
< 0,0010
1
< 0,0010
< 0,0010
0,2109
0,8807
0,0631
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
1
< 0,0010
0,0016
< 0,0010
< 0,0010
0,0822
Геракл
31/89
5/93
Дебют
5/87
1/89
1/91
1/90
<
<
<
<
<
<
1
0,0010
0,0010
0,0010
0,0010
0,0010
0,0010
0,0095
< 0,0010
1
< 0,0010
< 0,0010
0,2109
0,8807
0,0631
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
1
< 0,0010
0,0015
< 0,0010
< 0,0010
0,0822
Гибрид
Дебют
5/87
2005 г о д
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
1
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
2006 г о д
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
1
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
2007 г о д
1/89
1/91
1/90
< 0,0010
0,2109
0,0016
< 0,0010
1
0,1230
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
0,8807
< 0,0010
< 0,0010
0,1230
1
0,0120
< 0,0010
< 0,0010
0,0631
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
0,0120
1
< 0,0010
0,0095
< 0,0010
0,0822
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
1
< 0,0010
0,2109
0,0015
< 0,0010
1
0,1231
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
0,8807
< 0,0010
< 0,0010
0,1231
1
0,0123
< 0,0010
< 0,0010
0,06310
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
0,0123
1
0,0095
< 0,0010
0,0822
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
< 0,0010
1
Геракл
1
< 0,0010
< 0,001
31/89
< 0,0010
1
< 0,001
5/87
< 0,0010 < 0,0010
1
П р и м е ч а н и е. В таблице представлены только p-значения. Описание гибридов см. в разделе
«Методика». В 2005-2006 годах достоверными считали различия при уровне значимости p < 0,0018, в
2007 ? при p < 0,0167.
Анализ динамики роста ПТ (см. рис. 2) позволил разделить гибриды на 2 группы: 1-я ? с дружным и интенсивным ростом ПТ в первые 2 ч
и последующим резким замедлением (гибриды Геракл и Дебют); 2-я ? с
несинхронизированным, продолжительным периодом роста (формы 31/89,
5/93, 5/87, 1/89, 1/91 и 1/90). По результатам кластерного анализа динамики роста ПТ изученные гибриды также разделились на 2 группы (и далее
на подгруппы) (см. рис. 3): в 1-ю вошли гибриды 5/93, 1/91, 1/90, 31/89,
1/89 и 5/87, во 2-ю ? Дебют и Геракл. Наиболее сходными по этому показателю были пары гибридов 5/93 и 1/91, 31/89 и 1/89, Дебют и Геракл.
Следует обратить внимание, что как по динамике прорастания ПЗ,
так и по динамике роста ПТ (см. рис. 2) в одну группу вошли гибриды разного эколого-географического происхождения. Этот факт позволяет утверждать, что при работе со сложными гибридами их разделение на группы по
подобному принципу и дальнейший анализ таких групп малоэффективны.
Требуется индивидуальная и детальная оценка каждого гибрида, хотя, несомненно, между гибридами из одной группы имеется определенное сходство.
Несмотря на гибель части мужских гибридов H. rhamnoides из-за критических погодных условий зимы 2007 года, резкого угнетения роста ПТ полученных ПЗ мы не отмечали. На наш взгляд, доля проросших ПЗ отражает
потенциальную фертильность пыльцы, а длину ПТ, которая характеризует
количество запасных питательных веществ в ПЗ, обеспечивающих рост ПТ,
можно рассматривать как более объективный показатель ее фертильности.
Итак, пыльцевые зерна гибридов Hippopha rhamnoides на модифицированной среде Транковского при 20-22 °С начинают прорастать через 1 ч после посева, время прорастания всех потенциально жизнеспособных пыльцевых зерен H. rhamnoides составляет не менее 22 ч. По динамике прорастания
пыльцы и роста пыльцевых трубок изученные гибриды H. rhamnoides можно
разделить на 2 группы. К 1-й относятся образцы, у которых эти процессы в
58
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
основном завершаются через 2-4 ч после посева (Геракл и Дебют), ко 2-й ?
те, у которых они происходят менее синхронно и в течение более длительного периода ? 16-22 ч (5/87, 1/89, 31/89, 1/90, 1/91 и 5/93).
ЛИТЕРАТУРА
1. Т а х т а д ж я н А.Л. Систематика и филогения цветковых растений. М.-Л., 1966.
2. Ж а м с р а н Ц. Биология облепихи крушиновидной Северной Монголии. Автореф.
канд. дис. Иркутск, 1971.
3. Б у к ш т ы н о в А.Д., Т р о ф и м о в Т.Т., Е р м а к о в Б.С. и др. Облепиха. М., 1985.
4. К о н д р а ш о в В.Т., С о к о л о в а Е.П. О новых вилтоустойчивых формах облепихи. Бюл. Моск. об-ва испытателей природы, Отд. Биол. М., 1991, 96(I): 146-153.
5. Ф е ф е л о в В.А., С е л е х о в В.В., К о р о в и н а М.А. и др. Материалы к разработке программы селекции мужских сортов-опылителей облепихи. В сб.: Мат. III. Междунар. симп. по облепихе. Новосибирск, 1998: 32-35.
6. С е л е х о в В.В. Селекционно-биологическая оценка мужских форм облепихи: Автореф.
кад. дис. Брянск, 2000.
7. К о н д о р с к а я В.Р. Морфология тычиночного цветка и развитие мужского гаметофита облепихи. Науч. докл. высшей школы. Биол. науки. М., 1967, 4: 69-75.
8. И л ь и н а Н.А. Особенности опыления облепихи в Челябинской области. Бюл. Всес.
ин-та растениеводства им. Н.И. Вавилова. Л., 1982, вып. 118: 70-71.
9. К а м е л и н а О.П., П р о с к у р и н а О.Б. Семейство Elaeagnaceae. В кн.: Сравнительная эмбриология цветковых растений. Davidiaceae?Asteraceae. Л., 1987: 105-110.
10. С о к о л о в а Е.П., К о н д р а ш о в В.Т. Биологические особенности опылителей облепихи, перспективных для Центральной Черноземной зоны. В сб. науч. тр. Горьковского
с.-х. ин-та: Биология, селекция и агротехника облепихи. Горький, 1988: 64-70.
11. П а у ш е в а З.П. Практикум по цитологии растений. М., 1974.
12. Б а р ы к и н а Р.П., В е с е л о в а Т.Д., Д е в я т о в А.Г. и др. Справочник по ботанической микротехнике. Основы и методы. М., 2004.
13. Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1973.
14. Г л а н ц С. Медико-биологическая статистика. Пер. с англ. М., 1998.
15. Методические рекомендации по применению цитологических методов в плодоводстве. М., 1988.
ФГОУ ВПО Нижегородская государственная
сельскохозяйственная академия,
Поступила в редакцию
11 февраля 2008 года
603107 г. Нижний Новгород, просп. Гагарина, 97,
e-mail: [email protected]
DYNAMICS OF POLLEN GERMINATION AND GROWTH OF POLLEN
TUBES in vitro IN Hippopha rhamnoides L. HYBRIDS OF DIFFERENT
ECOLOGO-GEOGRAPHIC ORIGIN
D.A. Lapshin, T.N. Kuznetsova
Summary
By in vitro cultivation the qualitative parameters of pollen were investigated in hybrids of
Hippopha rhamnoides L. of different ecologo-geographic origin of selection of Nizhni Novgorod State
Agricultural Academy. The technique for determination of pollen viability was perfected and the time
of germination all viable pollen was determined. It was established that all H. rhamnoides hybrids on
dynamics of pollen germination and growth of pollen tubes subdivide into two groups with different
duration of these processes (2-4 and 16-22 hours, respectively).
Новые книги
П у х а л ь с к и й В.П., С о л о в ь е в А.А.,
Б а д а е в а Е.Д. и др. Практикум по цитологии и цитогенетике растений. М.: издво «Колос», 2007, 198 с.
В учебном пособии приведены
общие сведения о строении растительной
клетки, образовании гамет, процессах оплодотворения и развития зародыша. Рассматриваются нарушения, возникающие
при отдаленной гибридизации растений и мутагенезе. Изложены методы получения полиплоидных растений. Подробно описаны способы приготовления цитологических препаратов
и принципы световой микроскопии. Представлены методы дифференциального окрашивания хромосом, а также молекулярной цитогенетики, основанные на гибридизации in situ
FISH и GISH.
59
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Физиология продукционного процесса
УДК 633.11«321»:581.4:631.559
РОЛЬ ОТДЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ В ПРОДУКЦИОННОМ ПРОЦЕССЕ У
РАСТЕНИЙ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ РАЗНОГО ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Н.Э. ИОНОВА, Л.П. ХОХЛОВА, Р.Н. ВАЛИУЛЛИНА, Э.Ф. ИОНОВ
Изучали морфофизиологические показатели фотосинтезирующих органов и частей
растения и их вклад в формирование урожая у разных генотипов яровой пшеницы. Выделены сорта,
соответствующие перспективному типу растения с оптимальной динамикой ростовых процессов,
хорошо развитым листовым аппаратом и повышенной зерновой продуктивностью.
Ключевые слова: яровая пшеница, биомасса органов и частей растения, площадь листьев, структура и величина урожая.
Key words: spring wheat, biomass of bodies and parts of a plant, the area of leaves, structure and size of a crop.
В России, в том числе в Республике Татарстан, мягкая пшеница
занимает наибольшие площади возделывания. Увеличение валовых сборов
и улучшение качества продовольственного зерна этой культуры остается
важнейшей задачей агропромышленного комплекса. Правильный выбор
показателей, теснее всего коррелирующих с биологическим и хозяйственным урожаем, позволяет не только прогнозировать, но и корректировать
продукционные процессы в посевах (1). По мере изменения и усложнения
селекционных задач возрастают требования к степени изученности сортового разнообразия пшеницы.
Целью нашей работы было изучение хозяйственно ценных и морфофизиологических признаков у растений пшеницы разных сортов для
целенаправленного поиска наиболее перспективных исходных родительских форм и их эффективного использования в условиях Республики Татарстан.
Методика. Опыты проводили в 2000-2002 годах в лесостепной зоне
Республики Татарстан. Почва опытного участка ? черноземная, тяжелосуглинистая. Объектом исследований служили 50 сортов яровой мягкой
пшеницы разного эколого-географического происхождения: 13 ? из России, 5 ? из США, 5 ? из Швеции, по 4 ? из Мексики, Германии и Нидерландов, по 2 ? из Украины, Англии и Польши, по 1 ? из Индии, Беларуси, Австралии, Финляндии, Франции, Югославии, Чехословакии, Казахстана, Латвии и Канады, а также 4 сорта собственной селекции.
Морфофизиологические показатели определяли в фазы цветения и
восковой спелости зерна. Побег разделяли на следующие части: колос,
флаговый лист, колосоножка, 2-й лист, 2-е междоузлие, 3-й лист, 3-е междоузлие. После высушивания до воздушно-сухого состояния отдельные составляющие взвешивали и по сумме определяли воздушно-сухую массу надземной части растения. Также определяли площадь и удельную поверхностную плотность листьев, прирост биомассы отдельных органов и частей растения в период цветение?восковая спелость, относительную скорость роста
и среднесуточный прирост фотосинтезирующей массы растения, коэффициент хозяйственной эффективности фотосинтеза (2). В фазу восковой спелости, кроме стандартного анализа структуры урожая, по рекомендованным
алгоритмам (3) рассчитывали показатели адаптивности, аттракции (биомас60
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
са колоса/биомасса соломины) и микрораспределения пластических веществ в колосе (биомасса зерна/биомасса мякины колоса).
Статистическую обработку проводили с использован??ем метода вариационной статистики (4) и соответствующей компьютерной программы
(Microsoft Excel).
Результаты. Исследуемые сорта по высоте растений сформировали
три подгруппы ? высоко-, средне- и низкорослых (соответственно 14, 26
и 10 сортов) (табл. 1).
Одним из условий вы1. Классификация исследуемых сортов
сокой
продуктивности растеяровой мягкой пшеницы по высоте
ний служит хорошо сформирорастений
ванная надземная вегетативная
Высокорослые
Среднерослые
Низкорослые
масса. К фотосинтезирующим
(81-98
см)
(> 98 см)
(< 81 см)
Саррубра
Conley
W.S. 1877
частям и органам у яровой
Саратовская 60
Контигирская 89
W.S. 1809
пшеницы в фазу цветения отAniversario
Мутант 9
Tobari 66
носятся стебель (колосоножка,
Sirius
Torres
Inia 66
Vidovica
AГ-89-12
HD 2307
2-е и 3-е междоузлия), листья
Казахстанская 23
Dracon
Тanori 71
(флаговый, 2-й и 3-й сверху) и
Лива
Sappo
Highbury
Керба
Kolibri
Red Rirver 68
колос. Особую роль в наливе
Дебют
Харьковская 18
Pewek
зерна многие исследователи отЭритроспермум 2
Milton
Balli
Тимер
Эритроспермум 609
водят верхним листьям и углу
Sicco
Hori-zont
наклона листовой пластинки
Фаленская
Bastian
Эритроспермум 3
Satu
(5, 6). Известно, что в фазу цвеMelchior
тения физиологически наиболее
Troll
«старым» листом является 3-й
Tyalve
X-613
сверху. Площадь его поверхноKleiber
сти в среднем у изучаемых сорHEC-182
Heurtebise
тов составила 14,25 см2, или
Mephisto
24,6 % от площади трех листьИволга
Ankra
ев (рис. 1). Невысокие значеРанняя 93
ния площади 3-го листа (8,91Eta
11,46 см2) преимущественно были характерны для низкорослых сортов ? W.S. 1877, W.S. 1809, Tobari 66,
Inia 66, HD 2307, Тanori 71, наибольшие ? для относительно высокорослых
сортов Тимер (19,68 см2), Эритроспермум 2 (18,44 см2), Dracon (17,97 см2),
Эритроспермум 3 (17,52 см2) и Sicco (17,41 см2).
Площадь 2-го листа равнялась 20,18 см2 (34,8 % от площади трех
листьев). Высокие значения этого показателя отмечали у сортов Тимер,
Эритроспермум 2, Sicco, Dracon, Керба, Satu, Melchior и Mephisto, наименьшие ? у сортов W.S. 1809, Tanori 71, Inia 66, Pewek, HD 2307, Tobari 66 и W.S. 1877 (13,5-15,9 см2).
Более развитым у изучаемой коллекции сортов оказался флаговый
лист (23,58 см2, или 40,6 % от площади трех листьев). Наиболее крупный
флаговый лист сформировался у растений сорта Тимер (36,00 см2), для
которого были характерны наибольшие размеры 2-го (23,81 см2) и 3-го
(17,52 см2) листьев. Сорта Эритроспермум 2, Керба и Иволга имели достаточно крупные и примерно одинаковые по площади флаговые листья ?
соответственно 29,87; 28,66 и 30,17 см2 (см. рис. 1). При этом сорт Эритроспермум 2 характеризовался вторыми по величине показателями площади 2-го (24,95 см2) и 3-го (18,44 см2) листьев. Несколько ниже была площадь поверхности флагового листа у растений сортов Эритроспермум 3
(23,81 см2), Дебют (22,83 см2), Mephisto (23,11 см2) и Satu (23,19 см2).
Наименее развитым флаговым листом обладали растения сортов Саррубра
61
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
(16,33 см2), W.S. 1877 (17,10 см2), Tobari 66 (17,28 см2) и Aniversario (17,99 см2);
для этих сортов также были характерны невысокие показатели площади
2-го и 3-го листьев. Минимальную суммарную площадь трех верхних листьев отмечали у низкорослых сортов W.S. 1877, W.S. 1809, Tobari 66, Саррубра, HD 2307 и Torres, наибольшую ? у сортов Тимер, Эритроспермум 3,
Керба, Sicco, Дебют и Satu (см. рис. 1).
Рис. 1. Площадь поверхности трех верхних листьев (А-В ? отдельно, Г ? в сумме) у растений
яровой мягкой пшеницы разных сортов в фазу цветения (Республика Татарстан, среднее за
2000-2002 годы).
62
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Поскольку при определении площади листовой поверхности погрешность достаточно высока, а сам процесс длителен и трудоемок, при
изучении влияния листьев на величину и качество урожая рекомендуется
определять их воздушно-сухую массу (2, 7). Наименьшей биомассой обладал 3-й лист сверху ? 0,07 г в среднем за три года опытов, для 2-го и флагового листа показатель был равен соответственно 0,11 и 0,13 г (рис. 2).
Рис. 2. Воздушно-сухая масса трех верхних листьев (А-В ? отдельно, Г ? в сумме) у растений яровой мягкой пшеницы разных сортов в фазу цветения (Республика Татарстан, среднее
за 2000-2002 годы).
63
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Растения сортов W.S. 1877, Саррубра, HD 2307 и Тanori 71 характеризовались минимальной величиной воздушно-сухой массы отдельных
листьев и, соответственно, их общей массы в фазу цветения (см. рис. 2).
При этом растения сорта Тимер имели максимальную общую массу листьев (0,42 г), сорт Иволга ранжировался вторым (0,39 г). В то же время следует отметить довольно высокие значения суммарной массы листьев у растений сортов Эритроспермум 2, Эритроспермум 3, Sicco, Mephisto и Ankra ?
соответственно 0,39; 0,39; 0,38; 0,39 и 0,38 г. Высокие значения суммарного показателя у перечисленных сортов стали результатом оптимального
сочетания сухой массы отдельных листьев. У растений сортов Balli и Ранняя 93 был хорошо развит флаговый лист при невысокой массе 2-го и 3го, поэтому общая масса соответствовала средней величине.
Рис. 3. Общая воздушно-сухая масса фотосинтезирующих частей и органов растения (3 листа,
колосоножка, 2-е и 3-е междоузлия, колос) в фазу цветения (А) и масса зерна с колоса (урожай) в фазу восковой спелости (Б) у растений яровой мягкой пшеницы разных сортов (Республика Татарстан, среднее за 2000-2002 годы).
Таким образом, анализ исследуемых показателей (площадь поверхности и воздушно-сухая масса) трех верхних листьев у набора сортов
64
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
яровой мягкой пшеницы показал, что по мере повышения ярусности листьев у подавляющего большинства сортов эти показатели возрастают.
Растения некоторых сортов (Саррубра, Dracon, Kolibri) обладали меньшими размерами флагового листа по сравнению со 2-м, что, по-видимому,
обусловлено их генотипическими особенностями и неустойчивостью к местным почвенно-климатическим условиям. Следовательно, по степени
развития листового аппарата мягкая пшеница представляет собой полиморфный вид.
Анализируя данные по общей воздушно-сухой массе фотосинтезирующих частей и органов растения, следует отметить высокую вариабельность показателя (рис. 3): разброс значений у 50 исследованных сортов
яровой пшеницы составил 1,12-2,34 г. По этому признаку сорта разделились на три группы. В фазу цветения по данным за 3 года наименьшая
величина биомассы фотосинтезирующих органов и частей растения была
характерна для 11 сортов яровой пшеницы. Среднее значение сухой массы
растения в этой группе составило 1,27 г. Наибольшую величину названного показателя выявили у 10 из 50 исследуемых сортов (2,08 г), остальные
занимали промежуточное положение (1,69 г).
В фазу цветения основная относительная масса приходилась на
стебель ? 57,0 %, на колос и листья ? соответственно 24,0 и 19,0 % (табл. 2).
Известно, что в фазу восковой спелости у растений пшеницы происходит
интенсивное формирование и развитие зерновок. В связи с этим меняется
и относительный вклад органов в накопление общей биомассы растения.
Так, доля колоса почти вдвое превысила показатель в фазу цветения и в
среднем по сортам за годы опытов составила 56,4 %. Доля листьев и стебля, напротив, оказалась в 2 раза ниже, чем в предыдущую фазу ? соответственно 9,2 и 34,4 % против 19,0 и 57,0 %.
Сортовые различия по вкладу разных органов в общую фотосинтезирующую биомассу в зависимости от высоты растений оказались неодинаковыми: низкорослые сорта как в фазу цветения, так и в фазу восковой
спелости растений характеризовались большим относительным вкладом
колоса, высокорослые и среднерослые ? наоборот, большей долей соломины, но почти одинаковой относительной массой листьев (см. табл. 2).
Согласно теории продукционного процесса, представление о высокопродуктивном типе растения основывается на оптимальном сочетании
структурных и функциональных показателей фотосинтетической деятельности (8). В связи с этим особый интерес представляет выяснение зависимости между исследуемыми признаками на основе корреляционного анализа.
2. Относительная масса (% от общей) отдельных частей и органов у растений яровой мягкой пшеницы с разной высотой в зависимости от фазы онтогенеза (Республика Татарстан, 2000-2002 годы)
Группа растений
Высокорослые
Среднерослые
Низкорослые
Среднее
листья
Цветение
стебель
колос
17,8
19,3
20,2
19,0
60,2
57,3
50,7
57,0
22,0
23,4
29,1
24,0
Восковая спелость зерна
листья
стебель
колос
8,4
8,9
10,1
9,2
38,9
36,4
30,2
34,4
52,7
54,7
59,7
56,4
Была выявлена высокая положительная генотипическая корреляция между фотосинтезирующей массой растения, с одной стороны, и массой разных частей стебля (r = 0,93), а также листьев (r = 0,89) ? с другой.
Этот результат наряду с несколько меньшим коэффициентом корреляции
между массой колоса и биомассой целого растения (r = 0,73) свидетельствует о преимущественной доле вегетативных фотосинтезирующих органов
65
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
в общей массе растения в фазу цветения.
Коэффициенты корреляции между массой колосоножки и надземной фотосинтезирующей массой растения, массой 2-го междоузлия и надземной фотосинтезирующей массой растения, массой 3-го междоузлия и
надземной фотосинтезирующей массой растения, массой листьев и надземной фотосинтезирующей массой растения, а также массой колоса и
надземной фотосинтезирующей массой растения составили соответственно +0,95; +0,93; +0,91; +0,89 и +0,73. Как известно, формирование урожая зависит от сухой массы мякины, так как колосковые и цветковые чешуи, стержень колоса и ости поставляют ассимиляты в наливающееся
зерно. Мы установили положительную корреляцию между массой мякины, с одной стороны, и числом зерен (r = 0,59), а также массой зерна с
колоса (r = 0,64) ? с другой.
Показано, что конечная продуктивность растений изучаемых сортов была обусловлена разным сочетанием составляющих урожайности.
Например, сорт зарубежной селекции Torres имел минимальное число зерен в колосе (31,0 шт.) при хорошей выполненности (масса 1000 зерен ?
36,79 г) и, как следствие, довольно высокой массе зерна с колоса (1,63 г),
по которой судили об урожайности растений (см. рис. 3). Такое же сочетание признаков было характерно для сортов Харьковская 18 и Казахстанская 23, в то время как сортам Dracon, Highbury и Sappo были свойственны крупные, хорошо озерненные колосья, но мелкое зерно.
Низкую продуктивность отмечали у низкорослых сортов W.S. 1877,
W.S. 1809, Tobari 66, Саррубра, HD 2307 и Pewek ? соответственно 1,07;
0,98; 0,94; 0,93; 1,04 и 0,97 г; наибольшей выделялись высокорослые сорта Эритроспермум 3, Эритроспермум 2, Тимер, Дебют, Eta, Ankra и Bastian ? соответственно 2,42; 1,81; 2,07; 1,80; 1,73; 1,75 и 1,76 г.
Итак, впервые в условиях степной зоны Республики Татарстан
выявлены сортовые особенности морфофизиологических показателей
растений в связи с формированием урожая у широкого набора сортов
яровой мягкой пшеницы разного эколого-географического происхождения. Установлено, что одним из важных факторов высокой продуктивности служит значительное накопление воздушно-сухой массы фотосинтезирующих органов и частей растения (3 верхних листа, колосоножка, 2-е
и 3-е междоузлия, колос) в фазу цветения (величина показателя у изучаемых сортов колеблется от 1,12 до 2,34 г в расчете на 1 растение, а
наибольшей биомассой характеризуются высокорослые сорта местной
селекции ? Эритроспермум 3, Эритроспермум 2, Тимер, Дебют и Керба). Отмечены более высокие значения площади поверхности и сухой
массы листьев у высокопродуктивных сортов, положительно коррелирующие с общей массой фотосинтезирующих органов и частей растения
в фазу цветения. Показано изменение относительной массы отдельных
органов и частей по фазам развития у сортов, относящихся к группам с
разной высотой растений: высокорослые и среднерослые по сравнению с
низкорослыми в период цветение?восковая спелость характеризуются
наибольшим вкладом в надземную биомассу стебля при меньшей доле
колоса, но почти одинаковой относительной массой листьев. Предполагается, что повышенная зерновая продуктивность первых двух групп сортов наряду с большей массой стебля обусловлена более продолжительным сохранением активности фотосинтезирующих органов (стебель, листья) и спецификой донорно-акцепторных отношений. Полученные результаты позволяют заключить, что в селекционном процессе могут использоваться как местные сорта яровой пшеницы (Эритроспермум 2,
66
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Эритроспермум 3, Тимер, Керба), так и сорта зарубежной селекции (Eta,
Ankra, Bastian и Sicco), которые соответствуют морфофизиологически
перспективному типу растения с оптимальной динамикой ростовых процессов, хорошо развитым листовым аппаратом и повышенной зерновой
продуктивностью.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
А н д р и а н о в а Ю.Е., Т а р ч е в с к и й И.А. Хлорофилл и продуктивность растений. М., 2000.
К у м а к о в В.А., Б е р е з и н Б.В., Е в д о к и м о в а О.А. Продукционный процесс в посевах. Саратов, 1994.
Д р а г а в ц е в В.А. К проблеме генетического анализа полигенных признаков растений. СПб, 2003.
Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1965.
З е л е н с к и й М.И. Фотосинтетические характеристики важнейших сельскохозяйственных культур и перспективы их селекционного использования. В сб.: Физиологические основы селекции растений. СПб, 1995, т. II: 466-554.
М е д в е д е в А.М., М е д в е д е в а Л.М. Продукционный процесс формирования
урожая зерна пшеницы в условиях богары и орошения. В сб.: Культурные растения для
устойчивого сельского хозяйства в XXI веке (иммунитет, селекция, интродукция) /Под.
ред. С.К. Тимербековой. М., 2002: 326-347.
Б е д е н к о В.П. О морфофизиологических тестах фотосинтеза в селекции озимой
пшеницы на продуктивность. В сб.: Тез. докл. ТСХА. М., 1999, вып. 270: 92.
Б а т ы г и н Н.Ф. Физиологические основы селекции растений в регулируемых условиях. В сб.: Физиологические основы селекции растений. СПб, 1995, т. 2, ч. 1: 554-622.
Поступила в редакцию
26 июня 2006 года
ФГОУ ВПО Казанский государственный
университет,
420008 г. Казань, ул. Кремлевская, 18,
e-mail: [email protected]; [email protected]
ROLE OF INDIVIDUAL ORGANS IN PRODUCTIVE PROCESS IN
SPRING WHEAT PLANTS OF DIFFERENT ECOLOGOGEOGRAPHICAL ORIGIN
N.E. Ionova, L.P. Khokhlova, R.N. Valiullina, E.F. Ionov
Summary
The morphophysiological parameters of photosynthetic organs and parts of plant and their
contribution to the crop forming in different genotypes of spring wheat were studied. The varieties
were isolated which correspond to promising plant type with optimal dynamics of growth processes,
good development of leaf apparatus and high corn productivity.
Новые книги
А н д р е е в а И.И., И г н а т ь е в а И.П.
Метаморфозы вегетативных органов покрытосеменных. Уч. пос. М.: изд-во «Колос»,
2008, 348 с.
Учебное пособие представляет
собой сводку современных знаний о метаморфозах вегетативных органов растений, построенную на основе анализа и
обобщений данных литературы и результатов собственных исследований авторов.
Биоморфологическая характеристика метаморфозов дана в связи с жизненными
формами, экологическими факторами и
географией. Рассматриваются метаморфозы вегетативных органов растений влажных тропиков (деревьев дождевых тропических лесов, пресноводных болот и ман-
гров, деревьев-удушителей, эпифитов, насекомоядных растений) и аридных областей (ксерофитов, суккулентов, галосуккулентов, эфемеров-геофитов и эфемеров-терофитов). Среди
описанных авторами растений много ценных
сельскохозяйственных и цветочных культур:
картофель, морковь и другие корнеплоды, тыквенные, виноград, гладиолус, ирис, лилии и
др., поэтому представленные в пособии сведения имеют не только теоретическое, но и практическое значение. Книга предназначена для
студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям и специальностям агрономического профиля, кроме того, она будет
полезна преподавателям, студентам и аспирантам сельскохозяйственных и педагогических
ВУЗов, естественных факультетов университетов, а также научным работникам.
67
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 633.11«324»:57.017.64
ОСОБЕННОСТИ РОСТА И РАЗВИТИЯ ОЗИМОЙ ТВЕРДОЙ
И ТУРГИДНОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПНЫХ
РАЙОНОВ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ЗОНЫ
В.В. КОЗЛОБАЕВ, Н.В. ЕРМАКОВА
У видов озимой пшеницы (твердой, тургидной и мягкой) в полевых (2005-2007 годы) и
лабораторных опытах изучали динамику развития конуса нарастания, зимостойкость, особенности цветения, формирования и созревания зерна, урожайность.
Ключевые слова: озимая твердая и тургидная пшеница, конус нарастания, зимостойкость, биология цветения, масса 1000 зерен, урожайность, осыпание зерна.
Key words: winter hard, turgid, soft wheat, a cone of development, winter hardiness, biology of blossoming, weight of 1000 grains, crop productivity, falling of grain.
В Воронежской области при изготовлении макаронных и кондитерских изделий, компонентов диетического питания в настоящее время
используется зерно мягкой пшеницы, что существенно усложняет технологический процесс, снижает качество и повышает стоимость продукции.
Основное и лучшее сырье для макаронной, крупяной и кондитерской
промышленности ? зерно твердой яровой пшеницы, однако его транспортировка из других регионов также требует дополнительных затрат (1).
Известно, что урожайность озимой твердой пшеницы в основных
районах возделывания в 1,5-2,0 раза выше, чем у яровой, но уступает озимой мягкой, в связи с чем актуальна попытка интродукции озимой твердой и тургидной пшеницы в лесостепных районах Центрально-Черноземной зоны (1-3). При этом требуется изучение особенностей биологии соответствующих сортов для разработки на его основе технологии возделывания культуры в необычных для нее почвенно-климатических условиях,
что определило цель нашей работы.
Методика. Объектом исследования служили виды озимой пшеницы: твердая (сорт Дончанка), тургидная (сорт Донской янтарь) и мягкая
(сорт Безенчукская 380). Полевые опыты проводили в 2005-2007 годах
(ФГУП «Опытная станция ВГАУ», Воронежская обл.) по методике госсортоиспытания (технология возделывания ? общепринятая в зоне), лабораторные исследования ? на кафедре растениеводства Воронежского государственного аграрного университета (ВГАУ) согласно требованиям соответствующих ГОСТов (4). Статистическую обработку данных осуществляли по Б.А. Доспехову (5).
Результаты. Растения всех изученных видов озимой пшеницы проходили 12 этапов органогенеза (6), но время их наступления у твердой,
тургидной и мягкой пшеницы не всегда совпадало. Так, в 2005 году в осенний период по степени дифференциации и размеру конуса нарастания (в
среднем 24 усл. ед.) существенных различий не установлено. Однако теплая
и затяжная осень 2006 года привела у мягкой пшеницы к длительной задержке развития конуса нарастания на II этапе органогенеза (что способствовало образованию дополнительных узлов зачаточного стебля, а в дальнейшем ? увеличению числа листьев), в то время как у твердой и тургидной наблюдалось более динамичное развитие с переходом на III этап, проявившееся в вытягивании и сегментации конуса нарастания (табл. 1).
Степень развития растений в осенний период влияет и на зимостойкость озимой пшеницы. За два года исследований гибель растений
68
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
озимой мягкой пшеницы в зимний период составляла 10-11 %, что в 2 раза
меньше по сравнению с твердой и тургидной. В 2005-2006 годы доля перезимовавших растений озимой твердой пшеницы достигала 66,4, тургидной ? 66,9 %. Теплая, нехарактерная для Центрально-Черноземной зоны
зима 2006-2007 годов способствовала успешной перезимовке растений озимой пшеницы всех видов (сохранность более 90 %).
1. Размер конуса нарастания по этапам органогенеза (II-V) и завязываемость
зерна у разных видов озимой пшеницы (Воронежская обл., 2006-2007 годы)
Размер конуса нарастания, усл. ед.
Вид (сорт)
Год
2006
2007
Среднее
Тургидная (Донской 2006
янтарь)
2007
Среднее
Мягкая (Безенчук- 2006
ская 380)
2007
Среднее
НСР05
2006
2007
Твердая (Дончанка)
II
III
IV-V
24,0
25,9
25,0
24,0
26,0
25,0
24,0
24,6
24,3
0,08
0,51
25,0
26,6
25,8
25,0
26,6
25,8
24,8
26,2
25,5
0,14
0,23
87,5
87,6
87,6
86,4
87,6
87,0
76,7
78,0
77,9
2,63
2,91
число
цветков
83,9
87,1
85,5
78,4
91,6
85,0
87,8
94,5
91,2
2,36
2,71
В колосе
завязавшихся зерен
число, шт. доля, %
51,5
56,8
54,1
47,5
56,7
52,1
46,9
52,1
49,5
1,08
1,63
61,2
65,2
63,3
60,6
62,0
61,3
53,3
55,2
54,3
После возобновления вегетации весной как в 2006, так и в 2007 году
на III-V этапах органогенеза конус нарастания у растений озимой твердой и
тургидной пшеницы (в отличие от мягкой) характеризовался большими размерами и степенью дифференцированности ? имел увеличенное число колосковых бугорков по всей длине колосового стержня. Усиленная дифференциация колосковых бугорков (формирование цветков) происходила на 3-4-м
сегментах от основания (затем процесс распространялся вдоль оси колоса
вверх и вниз), что указывает на более интенсивное развитие растений твердой пшеницы на IV-V этапах органогенеза по сравнению с мягкой.
Как следствие, фазы выхода в трубку и колошения у озимой твердой и тургидной пшеницы наступали на 1-2 сут раньше и проходили быстрее, чем у мягкой. Так, в 2006 году цветение растений озимой твердой и
тургидной пшеницы началось 2 июня, мягкой ? 4 июня, продолжительность цветения одного колоса составила 3-5 сут, в целом по полю ? 6-7
сут. Температура в этот период была оптимальной (20-25 °С), но к его завершению (с 7 июня) начались ливневые дожди, что еще больше задержало цветение растений озимой мягкой пшеницы.
В 2007 году цветение началось раньше, чем в 2006 (у озимой твердой и тургидной пшеницы ? с 25 мая, у мягкой ? с 28 мая), а повышение
температуры до 33-36 °С в период с 30 мая по 1 июня способствовало увеличению продолжительности цветения поля до 10 сут.
Наблюдения 2006-2007 годов показали, что пик интенсивности цветения приходится на утренние (с 700 до 1100) и вечерние (с 1700 до 2200) часы, при этом наибольшее число цветков раскрывалось на 2-е-3-и сут после
начала цветения.
Последующие этапы и фазы зернообразования озимая мягкая пшеница проходила быстрее и полной спелости достигала на 2-3 сут раньше
твердой и тургидной, что, вероятно, обусловлено строением колоса (рыхлый и средней плотности), который лучше продувается ветром, испаряя
больше влаги, вследствие чего накопление сухих веществ в зерне и его созревание завершаются раньше, что (наряду с генетическими особенностями) способствует снижению массы 1000 зерен по сравнению с твердой
69
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
пшеницей (табл. 2).
В среднем за 2006-2007 годы масса 1000 зерен у озимой мягкой
пшеницы составляла 39,7-41,0 г, тогда как у твердой и тургидной была на
0,5-2,9 г выше. Преимущество твердой пшеницы по сравнению с мягкой
по массе 1000 зерен было отмечено как в 2006, так и в 2007 году.
2. Масса 1000 зерен и урожайность озимой пшеницы разных видов в зависимости от фазы спелости (Воронежская обл., 2006-2007 годы)
Этап созревания (фактор Б)
Масса 1000 зерен, г
2006 год 2007 год среднее
Урожайность, ц/га
2006 год 2007 год среднее
О з и м а я т в е р д а я п ш е н и ц а (фактор А)
Фаза восковой спелости:
середина
42,3
41,9
42,1
14,1
38,2
26,2
окончание
41,8
41,4
41,6
14,6
39,6
27,1
Перележка в валках 10 сут
41,1
39,0
40,1
13,7
38,1
25,9
Полная спелость
41,5
41,6
41,6
14,6
38,5
26,6
Перестой 10-12 сут
40,8
38,8
39,8
13,9
37,9
25,9
О з и м а я т у р г и д н а я п ш е н и ц а (фактор А)
Фаза восковой спелости:
середина
43,8
43,9
43,9
14,5
32,6
23,6
окончание
43,4
43,3
43,3
15,5
33,1
24,3
Перележка в валках 10 сут
41,8
41,6
41,7
13,3
32,5
22,9
Полная спелость
42,9
42,3
42,6
14,7
32,6
23,7
Перестой 10-12 сут
42,5
41,9
42,2
13,9
32,1
23,0
О з и м а я м я г к а я п ш е н и ц а (фактор А)
Фаза восковой спелости:
середина
38,9
42,9
40,9
25,2
41,7
33,5
окончание
38,8
42,1
40,4
25,9
42,6
34,3
Перележка в валках 10 сут
38,2
41,4
39,8
23,5
40,9
32,2
Полная спелость
38,4
41,8
40,1
25,8
42,1
33,9
Перестой 10-12 сут
37,8
41,5
39,6
21,2
41,2
31,2
НСР05 частных различий
3,15
0,74
2,75
2,13
1,41
0,33
1,12
0,95
НСР05 фактор А
НСР05 фактор Б
1,82
0,43
1,20
1,09
П р и м е ч а н и е. Твердая, тургидная и мягкая пшеница ? соответственно сорта Дончанка, Донской
янтарь и Безенчукская 380.
За два года исследований наилучшая урожайность была отмечена у
озимой мягкой пшеницы на всех этапах созревания и максимальной величины достигала в фазу восковой и полной спелости (33,5-34,3 ц/га). Урожайность твердой и тургидной пшеницы в 2006-2007 годах снижалась на
5-10 ц/га по сравнению с озимой мягкой. Различия по урожайности по фазам и периодам спелости у твердой и тургидной пшеницы недостоверны.
Малоснежная зи3. Динамика осыпания зерна при созревании у
ма 2005-2006 годов с низразных видов озимой пшеницы (Воронежкими температурами отская обл., среднее за 2006-2007 годы)
рицательно повлияла на
Выпавших зерен, шт/100 колосьев
Этап созревания
сохранность растений (67твердая
тургидная
мягкая
Фаза восковой спелости:
84 %), а неблагоприятные
начало
0
0
13,50
погодные условия на этапе
середина
0
0
25,00
окончание
1,50
0,75
35,50
налива зерна обусловили
Перележка в валках
снижение урожайности. В
7,50
6,50
50,30
10-12 сут
Полная спелость
11,00
8,50
58,00
то же время затяжная тепПерестой 10-12 сут
11,50
9,75
58,25
лая осень 2006 года, усП р и м е ч а н и е. То же, что в таблице 2.
пешная перезимовка, раннее возобновление весенней вегетации растений и умеренно-влажная, теплая погода весеннего периода 2007 года способствовали увеличению урожайности в 1,5-3,0 раза по сравнению с 2006 годом. Таким образом, урожайность озимой мягкой пшеницы на второй год исследований составила
41-42, твердой ? 38-39, тургидной ? 32-33 ц/га (различия существенны).
Резервом увеличения валовых сборов зерна озимой пшеницы наря70
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ду с повышением урожайности является снижение потерь при уборке.
Нами показано, что у мягкой озимой пшеницы уже в фазу восковой спелости зерна нарушается связь зерновки с колосом, колосковые и цветковые чешуи удерживают зерно слабее, оно легче выпадает из колоса (табл. 3).
Более плотное строение колоса у растений твердой и тургидной пшеницы
задерживало процесс зернообразования, но при этом уменьшалось осыпание зерна.
Осыпание зерна у растений озимой мягкой пшеницы происходило
за счет потери наиболее крупных зерен колоса и значительно возрастало в
фазу полной спелости, а также при перестое, у твердой и тургидной ? начиналось в фазу полной спелости и было менее интенсивным.
Таким образом, выявлены различия в развитии растений между
озимой твердой, тургидной и мягкой пшеницей в условиях лесостепных
районов Центрально-Черноземной зоны. Начиная с III этапа органогенеза, у твердой и тургидной пшеницы отмечено усиление развития конуса
нарастания по сравнению с мягкой, цветение твердой и тургидной пшеницы наступает раньше и заканчивается быстрее, а завязываемость зерен
оказывается на 7-9 % выше. Этапы и фазы зернообразования у озимой
мягкой пшеницы растения проходят на 2-3 сут раньше, осыпание зерна при
этом более раннее и интенсивное, чем у твердой и тургидной пшеницы.
Л И Т Е Р АТ У Р А
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Р а с п е т о в а Е.В., Л е о н о в а Т.А., О ч е р е т е н к о Т.Н. Озимая твердая пшеница. Зерновые культуры, 1990, 5: 27-28.
М а к а р о в Р.Ф., А р х и п о в а В.В. Влияние удобрений на урожай и качество твердой пшеницы. Зерновые культуры, 2000, 5: 4.
С а м о ф а л о в а Н.Е., И л и ч к и н а Н.П., К о в т у н Л.Н. Селекция тургидной
и твердой пшеницы на зимостойкость. В сб. докл. ВНИИСЗК: Селекция озимой пшеницы. Зерноград, 2001: 198-207.
Методические указания по проведению анализов в зональных агрохимических лабораториях. М., 1977.
Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985.
К у п е р м а н Ф.М. Биологические основы культуры пшеницы. М., 1953.
ФГОУ ВПО Воронежский государственный
аграрный университет им. К.Д. Глинки,
Поступила в редакцию
16 декабря 2007 года
394087 г. Воронеж, ул. Мичурина, 1,
e-mail: [email protected]
FEATURES OF THE GROWTH AND THE DEVELOPMENT OF WINTER
DURUM AND TURGID WHEAT IN CONDITIONS OF THE FORESTSTEPPE REGION OF THE CENTRAL CHERNOZEM ZONE
V.V. Kozlobaev, N.V. Ermakova
Summary
In the field (2005-2007 years) and laboratory experiments in the winter varieties of soft,
durum and turgid wheat the authors studied the dynamics of apical cone development, the flowering
features, the forming and the ripening of grain, winter hardiness and crop productivity.
Новые книги
Проблемы устойчивого развития мелиорации
и рационального природопользования. Т. II.
Мат. юбилейной Междунар. науч.-практ.
конф. (Костяковские чтения). М.: изд-во
ВНИИА, 2007, 418 с.
В материалах юбилейной конференции, посвященной 120-летию со дня
рождения А.Н. Костякова, рассматривается широкий круг вопросов, включающих
обсуждение необходимости развития мелиорации для создания кормовой базы и гарантированного производства зерна в засушливой зоне
страны. Описаны технологии комплексной мелиорации земель. Приведено обоснование мелиоративных режимов, моделей и методов расчетов мелиоративных систем. Освещены современные водно-экологические, технические и экономические проблемы развития мелиорации.
71
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 633.491:631.524.85:58.02
РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ У
РАЙОНИРОВАННЫХ СОРТОВ КАРТОФЕЛЯ В СЕВЕРНОМ РЕГИОНЕ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ
З.П. КОТОВА
В условиях Республики Карелия изучали развитие районированных сортов картофеля
разных групп спелости по фазам в зависимости от погодных условий периода вегетации. Показано, что продолжительность вегетации значительно варьирует и зависит от сорта и года наблюдения, а потенциальная урожайность ? от общей продолжительности вегетационного периода и в
наибольшей степени ? его начальной фазы.
Ключевые слова: рост, развитие, фазы вегетации, сорта, продуктивность.
Key words: growth, development, phases of vegetation, sorts, productivity.
Картофель обладает высокой потенциальной продуктивностью (у
новых районированных сортов ? до 400-600 ц/га), однако в производственных условиях из-за низкой окультуренности почвы, нарушений сортовой агротехники, географического и внутрихозяйственного размещения
сортов без учета их экофизиологических характеристик и микроклиматических особенностей поля урожайность редко превышает 120-150 ц/га (1).
Исследование фенологии растений картофеля показало, что фактическая
продолжительность его вегетации и отдельных межфазных периодов лимитируется температурой и влажностью, особенно весенними и осенними
заморозками (2-4). В этой связи очень актуален рациональный подбор
возделываемых сортов, наиболее адаптированных к местным условиям и
обеспечивающих максимальную эффективность производства (5). В экологической системе как целостной структуре компоненты имеют детерминированную реакцию на комплекс внешних факторов. Поэтому определенные фенологические этапы развития растения (всходы, цветение, бутонизация) могут характеризовать функционирование экофитосистемы, в частности формирование биологической продуктивности (6, 7).
В задачу настоящего исследования входило изучение развития районированных в Карелии сортов картофеля разных групп спелости по фазам онтогенеза, а также расчет потенциальной урожайности в зависимости
от погодных условий.
Методика. Объектом исследования служили районированные в Карелии сорта картофеля разных групп спелости: Пушкинец, Латона (ранние), Невский, Детскосельский, Елизавета (среднеранние), Нида (среднеспелый). Для повышения достоверности оценки влияния погодных условий на рост и продуктивность наряду с результатами собственных полевых
наблюдений использовали данные с трех сортоиспытательных участков,
расположенных в южной зоне Карелии (8). Исследования проводили по методике государственного сортоиспытания для сельскохозяйственных культур
в 1997-2000 годах (8). Вегетационный период 1997 года был относительно
теплым, количество выпавших осадков превышало средние многолетние
значения в 2,5 раза (243,7 мм). В 1998 году в отличие от предыдущего в
период развития растений картофеля от посадки до всходов (I фенологическая фаза) количество осадков превышало средние многолетние показатели на 65, в период от начала цветения до уборки (IV фенологическая
фаза) ? на 180,9 мм. Осадки носили характер проливных дождей. Температура воздуха в период формирования урожая оказалась несколько ниже
72
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
средних значений, но заморозков не отмечалось. По сравнению с двумя
предыдущими годами 1999 год характеризовался жарким и довольно засушливым вегетационным периодом. Наиболее благоприятные условия
отмечались в период развития растений от всходов до бутонизации (II фаза): при минимальной температуре воздуха 13,6 °С среднее значение превышало многолетние показатели на 7,7 °С, выпала вся норма осадков. В
период от начала бутонизации до начала цветения (III фаза) растения были угнетены недостатком влаги (осадки практически отсутствовали). Все
показатели вегетационного периода 2000 года оказались наиболее близкими к средним многолетним. Лишь в период IV фенологической фазы выпало значительное количество осадков (в 4,0 раза выше нормы). В этот
период из-за сильного развития фитофтороза наблюдалось раннее отмирание ботвы.
Потенциальную урожайность определяли методом регрессионного
анализа (9), составляя уравнения, отражающие связь средней урожайности
с генотипом (сорт), длительностью фенофаз и гидротермическими условиями года наблюдения. Влияние изучаемых факторов или их взаимодействие было значимо на 5 % уровне вероятности (критерий Фишера больше
критерия Стьюдента).
Результаты. Анализ связи между продолжительностью периодов
развития растений картофеля и метеорологическими условиями в течение
вегетации выявил прямую зависимость процессов роста и развития от
комплекса факторов среды, которая послужила причиной отклонения в
прохождении отдельных фаз вегетации. В условиях Республики Карелия
при посадке клубней в III декаде мая?I декаде июня всходы появлялись в
III декаде июня, или через 21-25 сут после посадки. Различия более четко
проявились на неодинаковых по скороспелости сортах: у ранних (Пушкинец и Латона) этот период составил в среднем 21, у среднеранних (Детскосельский и Невский) ? 23, у среднеспелого сорта Нида и среднераннего сорта Елизавета ? 25 сут. Быстрое формирование всходов ускоряло наступление следующего периода ? роста ботвы и начала клубнеобразования, а продолжительность этой фенологической фазы (I фаза) влияла на
прохождение последующих межфазных периодов и определяла весь дальнейший процесс вегетации. Нарастание биомассы ботвы происходило интенсивно и к 10-15 августа в основном завершалось. В онтогенезе картофеля эти сроки совпадали с окончанием фазы цветения. Нами показано,
что продолжительность клубнеобразования и его интенсивность зависели
от ряда причин: биологии сорта, почвенно-климатических условий, степени распространенности заболеваний, наступления заморозков и т.д. Естественное отмирание ботвы на завершающих этапах роста и развития практически не отмечали. В конце вегетационного периода (III декада августа?I декада сентября) низкие осенние температуры ограничивали темпы
прироста урожая, в результате чего продуктивность картофеля не достигала потенциальных значений для генотипов (10)
Метеорологические условия вегетационных периодов 1997-2000 годов были представлены всеми возможными сочетаниями ? от прохладновлажных до засушливо-жарких, что позволило изучить адаптивность и пластичность ряда физиологических процессов. Регрессионный анализ блока
агроклиматических условий и фактической урожайности с учетом влияния
каждого фактора (компонента) показал, что для получения максимальной
продуктивности изученным сортам требуются несколько иные условия (табл.
1). Сравнение оптимальных расчетных и фактических значений температуры выявило наибольшие различия в период I фазы (посадка?всходы).
73
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Он наиболее важен, поскольку в этот начальный период интенсивно формируется корневая система, обеспечивающая в дальнейшем активный рост
растений. То, что более низким температурам, рассчитанным по модели,
соответствует более длительный период прохождения I фазы, указывает на
наличие связи между его продолжительностью и температурой, которая в
итоге влияет и на вегетационный период в целом.
1. Фактические и расчетные гидротермические показатели по фенологическим фазам развития картофеля в условиях Республики Карелия (19972000 годы)
Фаза
Фактический показатель, среднее за 4 года
количество
Тмин., °С
Тср., °С
осадков, мм
I
II
III
IV
Примеча
Расчетный показатель, пределы значений
количество
Тср., °С
Тмин., °С
осадков, мм
14,6
5,6
61,4
11,0-12,0
1,7-1,9
17,0
8,7
57,0
16,5-19,1
3,2-7,3
17,3
7,7
33,3
18,1
4,3
12,8
2,9
150,7
12,8
1,4
н и е. Описание фенологических фаз приведено в разделе «Методика».
19,0-65,0
15,0-77,0
71,8
146,0
Поскольку все анализируемые сорта картофеля выращивали в одной агроклиматической зоне, мы обобщили имеющиеся данные 4-летних
наблюдений по различным хозяйственно ценным признакам.
Сорта Пушкинец и Латона относятся к группе ранних. Для них характерно более быстрое прохождение фаз от посадки до начала цветения
и, следовательно, накопление урожая. Известно, что ранние сорта картофеля уже в фазу полных всходов образуют хорошо развитую корневую
систему (2, 3). В нашем опыте доля сухой массы корней от общей сухой
массы одного растения колебалась от 23 (сорт Латона) до 45 % (сорт Пушкинец). Благодаря хорошему развитию корневой системы на начальном
этапе онтогенеза растения ранних сортов быстрее накапливают урожай и,
как следствие, формируют небольшое число клубней в кусте. В.П. Кокшаров (11) отмечает, что при ранних посадках картофеля его корневая система больше по объему, с короткими корнями 1-го порядка, но увеличенной массой и длиной корней 2-го и 3-го порядков, что способствует
эффективному поглощению питательных веществ из почвы и росту всего
растения. Сорта с мощной корневой системой более урожайны. Е.??. Карпов (12) выявил положительную корреляцию (r = +0,59?0,78) между величиной урожая и числом клубней в кусте у сортов разных групп спелости. Д.В. Богданова (13) показала, что у картофеля скороспелость зависит от того, насколько быстро растения сорта в начале вегетации формируют вегетативную массу, которая относительно невелика, но обладает
высокой синтетической способностью. У скороспелых сортов к началу
клубнеобразования активность синтеза метаболитов в листьях снижается
при преобладании катаболизма белков, что создает благоприятные условия для лучшего формирования клубней. Поэтому скороспелые сорта потребляют сравнительно небольшое количество питательных веществ и
рациональнее их используют. Среднеранние и среднеспелые сорта, развивая мощную вегетативную массу, требуют большого количества питательных веществ, которые расходуются менее эффективно: в условиях
короткого вегетационного периода листья растений у таких сортов продолжительное время обеспечивают накопление собственной биомассы, а
не массы клубней.
Сравнение расчетных и фактических показателей продуктивности у
разных сортов картофеля в зависимости от фенофаз показало, что для
достижения расчетной продуктивности сортам необходим более длительный период вегетации, особенно на начальных фазах. При увеличении ве74
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
гетационного периода растений картофеля в среднем на 17 сут урожайность клубней возрастала в 1,8-3,1 раза (табл. 2).
2. Урожайность сортов картофеля разных групп спелости в зависимости от
длительности фенологических фаз развития в условиях Республики Карелия (1997-2000 годы)
Сорт
Продолжительность, сут
фенологической фазы
периода
вегетации
I
II
III
IV
Урожайность, ц/га
фактическая
расчетная
170,0
424,5
150,0
417,0
230,0
409,6
128,0
402,2
201,0
394,7
Ранний:
Пушкинец
Латона
20
28
22
28
21
26
18
28
9
13
8
12
50
54
54
57
77
93
76
95
23
28
23
28
25
28
16
26
12
26
18
26
9
13
10
13
9
13
56
58
58
57
52
52
78
97
78
96
77
91
Среднеранний:
Невский
Детскосельский
Елизавета
Среднеспелый:
16
8
57
77
26
174,0
387,3
27
25
12
57
94
П р и м е ч а н и е. То же, что в таблице 1. Над чертой ? фактические, под чертой ? расчетные значения.
Нида
Таким образом, в условиях Республики Карелия, относящейся к
Северному региону, растения изученных сортов картофеля не успевают
завершить развитие (редко отмирание ботвы происходит естественным
образом) и сформировать потенциально возможный урожай. Для региона
наиболее перспективны сорта ранней и среднеранней группы спелости,
характеризующиеся более быстрым формированием корневой системы и
ранним накоплением массы клубней в условиях пониженных температур. Для достижения наибольшей продуктивности районированным
сортам требуется более длительный период вегетации. Необходимо использовать приемы, ускоряющие рост и развитие растений картофеля,
такие как световое проращивание клубней, опрыскивание их перед посадкой фиторегуляторами, применение оптимальных доз удобрений,
особенно фосфорных.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Д р а г а в ц е в В.А., Г о н ч а р о в а Э.А. Проблема взаимодействия генотип?среда и
возможные пути ее решения в интенсификации растениеводства и земледелия. В сб. науч.
тр.: Биологизация интенсификационных процессов ? перспективное направление в земледелии и растениеводстве на Северо-Западе РФ. СПб?Пушкин, 2001: 39-42.
2. Л о р х А.Г. Динамика накопления урожая картофеля. М., 1948.
3. В е с е л о в с к и й И.А. Анатомия и развитие столонов и клубня. Картофель и овощи,
1974, 12: 12-13.
4. М а р к а р о в А.М., С в е р д л о в а Е.Л. Этапы образования столонов и клубней
картофеля в условиях оптимального увлажнения почвы. В сб.: Влияние разной влажности почвы на физиологию культурных растений. Л., 1977: 57-59.
5. Ж у ч е н к о А.А. Стратегия адаптивной интенсификации сельскохозяйственного производства. Кишинев, 1988.
6. М а л о ф е е в Ю.М., К р я ж и м с к и й Ф.В., П р я м о н о с о в С.А. Фенологические даты как индикаторы биологической продуктивности. Экология, 1994, 1: 80.
7. З а у р а л о в О.А. Стратегия адаптации высших растений к неблагоприятным условиям
среды. С.-х. биол., 2000, 5: 39-45.
8. Методика государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур. М., вып. 4, 1975.
9. Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки
результатов исследований). М., 1979.
10. К о т о в а З.П. Эколого-физиологическая характеристика районированных в Карелии
сортов картофеля. Автореф. канд. дис. Петрозаводск, 2003.
75
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
11. К о к ш а р о в В.П. Научные основы картофелеводства Среднего Урала. Свердловск,
1989: 96-97.
12. К а р п о в Е.В. Морфофизиологические особенности сортов и гибридов, различающихся по скороспелости. В сб.: Фотосинтез и продукционный процесс. Свердловск,
1988: 104-117.
13. Б о г д а н о в а Д.В. Физиологическая характеристика районированных и новых для
Карелии сортов картофеля. Автореф. канд. дис. Петрозаводск, 1968.
ГНУ Карельская государственная
сельскохозяйственная опытная
станция Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
14 февраля 2008 года
185506 Республика Карелия, Прионежский р-н,
пос. Новая Вилга, ул. Центральная, 12,
e-mail: [email protected]
DEVELOPMENT AND POTENTIAL PRODUCTIVITY OF REGIONALIZING
SORTS OF POTATOES DEPENDING ON THE WEATHER CONDITIONS OF
THE NORTH REGION
Z.P. Kotova
Summary
The study of growth and development of regionalizing sorts of potatoes, the analysis during
the phases of development depending on weather conditions showed that the duration of vegetation
varies greatly and depends on the sort and the year of observation. The potential harvest of potatoes
depended on the whole duration of the vegetation period and to a bigger extent on the initial stage.
Новые книги
Д о л г о д в о р о в В.Е., П о с ы п а н о в Г.С., Ж е р у к о в Б.Х. Растениеводство. М.: изд-во «Колос», 2007, 612 с.
В монографии изложены современные представления о требованиях биологии культуры к основным факторам
среды. Дано теоретическое обоснование
агротехнических приемов, приведены технологии возделывания растений, направленные на получение максимальных урожаев высокого качества. Рассматриваются
принципы подбора культур и сортов для
почв различного физического и химического состава. Рекомендован современный
комплекс сельскохозяйственных агрегатов
для выполнения технологических процессов. Книга предназначена для студентов
ВУЗов, обучающихся по агрономическим
специальностям.
Ж е л е з я к о В.И., Т и в о П.Ф., М ож а й с к и й Ю.А. Использование бесподстилочного навоза на мелиорируемых агроландшафтах Нечерноземья. Рязань, 2006,
304 с.
В монографии обобщен отечественный и зарубежный опыт использования бесподстилочного навоза в растениеводстве. Приведены результаты многолетних исследований по обоснованию ресурсосберегающих технологий применения
животноводческих стоков, в том числе на
мелиорируемых агроландшафтах, с учетом
экологических факторов. Представлены технологии подготовки бесподстилочного на-
76
воза к использованию. Рассматриваются особенности удобрения отдельных сельскохозяйственных культур. Подробно описана технология
удобрительного орошения. Дана оценка влияния
применяемых технологий внесения бесподстилочного навоза и стоков на величину и качество
урожая. Предложены апробированные природоохранные технологии инженерной защиты природных вод и технические решения по их реализации. Уделено внимание совершенствованию
полива дождеванием при использовании стоков
животноводческих комплексов, а также технологии внутрипочвенного орошения.
К а м к и н А.Г., К и с е л е в а И.С. Физиология и молекулярная биология мембран клеток.
Уч. пос. М.: Издательский центр «Академия»,
2008, 592 с.
В книге изложены современные представления об электрофизиологии и молекулярной биологии мембран клеток. Освещены вопросы молекулярной организации биологических мембран, их пассивных электрических
свойств, а также путей перемещения ионов через клеточные мембраны. Даны общие представления о структуре и функциях ионных каналов. Описан механизм пассивного ионного
транспорта, рассматриваются потенциалы клеток и их связь с ионными токами. Уделено
внимание молекулярной организации и функционированию потенциалуправляемых натриевых, кальциевых и калиевых каналов, обсуждаются отдельные аспекты лигандуправляемых
каналов, проанализирована работа механосенситивных каналов. Предназначена для студентов (по специальностям биология и медицина).
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Генетика и физиология азотфиксации
УДК 633.31:631.461.5:631.524
ИЗМЕНЧИВОСТЬ ШТАММОВ Sinorhizobium meliloti ПО ПРИЗНАКАМ,
ОПРЕДЕЛЯЮЩИМ САПРОФИТНУЮ ВЫЖИВАЕМОСТЬ
И СИМБИОТИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ В УСЛОВИЯХ
ЗАСОЛЕНИЯ*
О.П. ОНИЩУК, М.Л. РУМЯНЦЕВА, Н.А. ПРОВОРОВ, Б.В. СИМАРОВ
Клубеньковые бактерии люцерны (Sinorhizobium meliloti) из китайской и сибирской почвенных популяций изучали по ряду признаков, важных для сапрофитного существования, и симбиотическим свойствам, проявляемым при отсутствии или внесении 0,6 % NaCl в среду для выращивания люцерны посевной (Medicago sativa). Выявлены достоверные различия между популяциями по составу полисахаридов, продукции меланина и антибиотикоустойчивости бактерий. В
популяциях выделено по одному штамму, формирующему эффективный симбиоз с люцерной при
засолении. В микровегетационных опытах показано, что генетическое варьирование штаммов ризобий не менее существенно влияет на эффективность симбиоза, чем солевой стресс, негативное
воздействие которого на растения, следовательно, может быть преодолено с помощью селекции
микросимбионтов.
Ключевые слова: клубеньковые бактерии, люцерна, солевой стресс, эффективность
симбиоза, криптические плазмиды, устойчивость к антибиотикам.
Key words: nodule bacteria, alfalfa, salt stress, symbiotic effectiveness, cryptic plasmids, resistance to antibiotics.
Клубеньковые бактерии (ризобии) могут существовать в двух состояниях ? сапрофитном (при отсутствии растения-хозяина) и симбиотическом (в клубеньках бобовых растений). В связи с ухудшающимся состоянием многих почв важно выявить влияние эдафических стресс-факторов
(например, засоления) на проявление симбиотической эффективности штаммов ризобий. Известно, что cолевой стресс приводит к нарушениям в формировании симбиоза на разных этапах ? деформации корневых волосков,
образования инфекционных нитей, развития клубеньков и дифференцировки бактероидов (1-3). В то же время некоторые штаммы клубеньковых
бактерий сохраняют способность к размножению при концентрациях NaCl
(2,0-4,0 %), полностью ингибирующих развитие макросимбионта (1, 4, 5).
Поэтому инокуляция бобовых, например люцерны, клубеньковыми бактериями (Sinorhizobium meliloti ) может быть решающим фактором выживания
растений в условиях солевого стресса (5).
С целью разработки подходов для получения таких микросимбионтов мы изучили изменчивость штаммов S. meliloti, выделенных из почв
двух географически удаленных регионов Азии (Сибирь и Китай), по признакам, влияющим на сапрофитную выживаемость, взаимосвязь этих признаков с симбиотическими свойствами ризобий (клубенькообразование, эффективность) в условиях засоления, а также вклад генотипических (варьирование штаммов S. meliloti) и средового (засоление) факторов в формирование эффективного симбиоза S. meliloti?Medicago sativa в условиях микровегетационных опытов.
Методика. Объектом исследования служили изоляты S. meliloti из
почвенных популяций: 18 КП-штаммов (Китай) (коллекция д-ра K. Линдстрем, Финляндия) и 16 СК-штаммов (Сибирь, Иркутская обл.) (коллекция Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии ? ВНИ*
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (№ 06-04-08272-офи, № 09-04-00907а).
77
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ИСХМ) (6). Бактерии выращивали в жидкой или на агаризованной (2 %)
среде TY (7).
В качестве культурально-биохимических признаков клубеньковых
бактерий, существенно влияющих на их сапрофитную выживаемость (8),
изучали продукцию липо- и экзополисахаридов, устойчивость к антибиотикам, а также синтез меланина.
Интенсивность продукции поверхностных полисахаридов у ризобий оценивали на агаризованной среде 79 (9), синтеза экзополисахаридов
(ЭПС) ? при выращивании штаммов на агаризованной минимальной
среде (10) с калькофлуором (0,02 %). Изменчивость свойств липополисахаридов (ЛПС) и ЭПС выявляли на агаризованной среде LB с дезоксихолатом натрия (0,01 %) (11), а также по окраске колоний на минимальной
среде с конго красным (0,02 %) (11). Способность штаммов продуцировать
меланин определяли согласно стандартной методике (12). Антибиотикоустойчивость штаммов оценивали по росту на твердой среде TY, содержащей стрептомицин (Sm) ? 200-300; канамицин (Km) ? 200; ампициллин
(Ap) ? 200; хлорамфеникол (Cm) ? 100; рифампицин (Rf) ? 50-100 мг/л.
Солеустойчивость ризобий определяли по росту на твердой среде TY, содержащей 0,6 или 0,7 М NaCl (5), с использованием высокоэффективного
лабораторного штамма СХМ1-105 S. meliloti в качестве стандарта (13).
Плазмидный состав штаммов S. meliloti анализировали модифицированным методом Экхардта при сравнении с типовым штаммом МVII S.
meliloti, который содержит мегаплазмиды SMa и SMb (соответственно
1300 и 1700 т.п.н.), а также плазмиды меньшего размера (152, 135, 81 и
56 т.п.н.) (14).
Симбиотические свойства ризобий определяли в условиях стерильных микровегетационных опытов с люцерной посевной (Medicago sativa,
сорт Вега) (13). Эффективность симбиоза оценивали по изменению сухой
массы растений относительно полученной в вариантах без инокуляции
либо с инокуляцией штаммом СХМ1-105. Устойчивость симбиозов S. meliloti?M. sativa к засолению изучали при выращивании растений на полужидкой (0,7 %) среде Красильникова-Кореняко с 0,6 % NaCl (5).
Математическую обработку данных проводили с использованием
t-критерия Стьюдента, метода ?2, корреляционного и двухфакторного дисперсионного анализа (15).
Результаты. На основании оценки роста колоний и их способности окрашиваться на диагностических средах изученные штаммы S. meliloti
по каждому из анализируемых признаков разделили на контрастные группы, что позволило сравнить КП- и СП-популяции с использованием tкритерия Стьюдента (табл. 1). Оказалось, что у СП-штаммов интенсивность
адсорбции красителя конго красного достоверно выше, чем у КП-штаммов,
что указывает на различия в составе поверхностных полисахаридов у бактерий этих популяций (11). Однако на средах с дезоксихолатом натрия и
калько-флуором все изученные штаммы имели сходные фенотипы (нормальный рост и свечение при воздействии УФ-лучами; данные не приводятся).
Сравниваемые популяции достоверно различались по способности
синтезировать внеклеточный меланин: большинство КП-штаммов (61 %)
обладало этим свойством, большинство СП-штаммов (75 %) ? не обладало. Полученные результаты согласуются с данными о том, что штаммы, выделенные в южных регионах, часто продуцируют меланин, способствующий
их выживанию в поверхностном слое почвы (16).
Подавляющее число штаммов в обеих популяциях было устойчиво
78
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
к стрептомицину, канамицину, ампициллину и рифампицину. Вместе с
тем КП-штаммы оказались более чувствительными к хлорамфениколу,
чем СП-штаммы. По устойчивости к ампициллину между двумя популяциями проявились достоверные различия (см. табл. 1).
1. Характеристика КП- и СП-штаммов Sinorhizobium meliloti по культурально-биохимическим признакам
Признак
Распределение по группам с контрастным
проявлением признака
доля штаммов, %
группа
КП
СП
Образование слизи (а)
Окрашивание конго
красным (б)
Синтез меланина (в)
Солеустойчивость
(0,7 М NaCl) (г)
Устойчивость к антибиотикам,
мг/л (г):
Sm, 200
++
+
+++
+
+
?
+
?
89
11
33
67
62
38
72
28
69
31
81
19
25
75
87
13
Достоверность различий КП- и СП-штаммов по t-критерию
Стьюдента (P0)
1,46 (> 0,05)
3,24 (< 0,05)
2,28 (< 0,05)
1,65 (> 0,05)
+
72
75
0,20 (> 0,05)
28
25
?
Km, 200
+
83
94
1,03 (> 0,05)
17
6
?
Ap, 200
+
78
100
2,25 (< 0,05)
22
0
?
Rf, 5
+
89
88
0,09 (> 0,05)
11
12
?
Cm, 100
+
6
32
2,02 (> 0,05)
94
68
?
П р и м е ч а н и е. Описание штаммов см. в разделе «Методика». Sm, Km, Ap, Rf и Cm ? соответственно стрептомицин, канамицин, ампициллин, рифампицин и хлорамфеникол; а: «+» и «++» ? слизеобразование соответственно на уровне стандартного штамма СХМ1-105 и более интенсивное; б: «+++»
и «+» ? соответственно темно-красные/темно-розовые и розовые колонии; в: «+» и «?» ? соответственно темноокрашенные и белые колонии; г: «+» и «?» ? рост и отсутствие роста штамма. Повторность опытов 3-кратная.
Большинство штаммов КП- и СП-популяций (соответственно 72 и
87 %) оказалось способно расти на агаризованной среде TY с высоким содержание NaCl (0,7 М, или 4,1 %), что согласуется с данными, полученными ранее для штаммов S. meliloti различного происхождения (1, 5).
У клубеньковых бактерий признаки, влияющие на сапрофитную
выживаемость и симбиотические свойства, детерминируются генами, расположенными на хромосоме и двух симбиотических мегаплазмидах, а также на некоторых плазмидах меньшего размера (17-19).
Анализ плазмидного состава штаммов показал, что примерно у половины
имелось по одной криптической плазмиде
(рис. 1), две либо три криптические плазмиды были обнаружены у 44 % КП- и 19 %
СП-изолятов, 89 % КП- и 75 % СПштаммов несли от одной до трех криптических плазмид размером 40-350 т.п.н.
Всего выявили 11 различных наборов плазмид. При этом у большинства КП- (83 %)
и СП-штаммов (62 %) были выявлены плазРис. 1. Распределение КП- и СПмиды, размеры которых варьируют от 140
штаммов Sinorhizobium meliloti по
числу криптических плазмид. Опидо 200 т.п.н. Достоверных различий по сосание КП- и СП-штаммов (соотставу плазмид между двумя популяциями
ветственно а и б) см. в разделе «Мене обнаружили (?2 = 4,41; Р > 0,05).
тодика».
В стерильных микровегетационных
79
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
опытах прибавки сухой массы растений люцерны при инокуляции СПштаммами (относительно контроля без инокуляции) были достоверно выше, чем при инокуляции КП-штаммами (табл. 2). При этом на 24-е сут после инокуляции КП-штаммы формировали на корнях люцерны достоверно
большее число клубеньков, чем СП-штаммы (соответственно 6,38±0,59 и
4,29±0,51; Р0 < 0,05).
В условиях за2. Оценка влияния солевого стресса на симбиотисоления масса растеческую эффективность КП- и СП-штам-мов
ний и число клубеньSinorhizobium meliloti (растения люцерны посевной сорта Вега, стерильный микровегетаков были значительно
ционный опыт)
ниже, чем в бессолевых.
Анализ суммарных данПоказатель
КП-штаммы СП-штаммы
Сухая масса растений, прибавка к
ных выявил, что на фоконтролю без инокуляции на фонах:
не засоления прибавка
без NaCl
+91,90±7,69
+127,20±15,00*
с NaCl
+1,20±5,30
+8,20±6,08
сухой массы растений
Соотношение сухой массы растепри инокуляции СП0,680±0,037
0,640±0,044
ний на фонах с NaCl/без NaCl
П р и м е ч а н и е. Описание штаммов см. в разделе «Методика».
штаммами была значи* Различие между популяциями достоверно (Р0 < 0,05).
тельно больше, чем при
инокуляции КП-штаммами, однако соотношение этого показателя у инокулированных растений в солевых и бессолевых условиях было сходным для
СП- и КП-популяций (см. табл. 2). В вариантах с засолением было выявлено
только два штамма (ВВ632 из КП- и SB261 из СП-популяции), инокуляция
которыми обеспечивала достоверную прибавку сухой массы надземной части
растений (на 36,6-38,4 % по отношению к контролю без инокуляции).
В изученных популяциях у КП- и
СП-изолятов не обнаружили достоверных
взаимосвязей между симбиотической эффективностью, проявляемой при засолении
и в бессолевых условиях (r = +0,21?+0,35;
Р0 > 0,05). Однако была показана достоверная корреляция между симбиотической эффективностью и числом клубеньков, образованных КП-штаммами в присутствии NaCl (r = +0,65; Р0 < 0,01) и в
бессолевых условиях (r = +0,48; Р0 < 0,05),
Рис. 2. Вклад генотипа КП- и СПчто указывает на возможность использоштаммов Sinorhizobium meliloti и солевания этого признака для отбора эффеквого стресса в общее варьирование сухой массы растений люцерны посевной
тивных штаммов. Признаки, связанные с
в стерильном микровегетационном опысапрофитной выживаемостью бактерий,
те (по данным двухфакторного диспердля целей селекции не подходят, так как
сионного анализа): а ? генотип штамих корреляция с симбиотической эффекмов; б ? солевой стресс; в ? взаимодействие генотип?солевой стресс; г ?
тивностью штаммов не выявлена (данные
другие факторы. Описание КП- и
статистической обработки не приведены).
СП-штаммов см. в разделе «МетоПри использовании двухфактордика».
ного дисперсионного анализа для количественной оценки вклада генотипов S. meliloti в определение эффективности симбиоза в условиях засоления (при этом общее варьирование показателя сухой массы растений, которое условно принимается за 100 %,
раскладывают на составляющие, отражающие межштаммовые генотипические различия, влияние солевого стресса, а также взаимодействие этих факторов) оказалось (рис. 2), что вклад генотипов S. meliloti для СП-популяции
выше, чем для КП-популяции, что указывает на большую генетическую раз80
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
нородность СП-штаммов. Выявление эффекта взаимодействия генотипов
штаммов с солевым стрессом свидетельствует, что генетические различия
между штаммами по реакции на стресс (см. табл. 2) могут быть использованы для подбора штаммов, эффективных в условиях засоления.
Таким образом, для двух популяций Sinorhizobium meliloti, выделенных из почв в Китае и Сибири, установлена весьма значительная разнородность штаммов по признакам, которые могут играть важную роль в
сапрофитном существовании бактерий в почвах (синтез поверхностных
полисахаридов и меланина, устойчивость к антибиотикам). Особенности
проявления этих признаков, а также набора плазмид бактерий указывают
на значительный генетический полиморфизм исследуемых популяций.
Статистическая обработка данных микровегетационных опытов свидетельствует о существенном влиянии генетического варьирования штаммов ризобий по симбиотическим свойствам на эффективность симбиоза
в условиях засоления, что создает возможность преодоления солевого
стресса при подборе определенных генотипов микросимбионтов. Использование выявленных нами штаммов S. meliloti, обладающих симбиотической эффективностью в условиях засоления, может оказаться полезным при возделывании люцерны в условиях осмотического стресса и для
фиторемидиации засоленных почв.
Авторы выражают признательность К. Линдстрем (университет г. Хельсинки) за предоставленную коллекцию КП-штаммов Sinorhizobium meliloti и В.С. Беловой
за помощь в постановке опытов.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Z a h r a n H.H. Rhizobium-legume symbiosis and nitrogen fixation under severe conditions
and in arid climate. Microbiol. Biol. Rev., 1999, 63(4): 968-989.
S w a r a j K., B i s h n o i N.R. Effect of salt stress on nodulation and nitrogen fixation in
legumes. Ind. J. Exp. Bot., 1999, 37: 843-848.
F o u g e r e F., L e R u d u l I e r D., S t r e e t e r J.G. Effects of salt stress on amino
acid, organic acid, and carbohydrate composition of roots, bacteroids, and cytosol of alfalfa
(Medicago sativa L.). Plant Physiol., 1991, 96: 1228-1236.
Y a n A.M., W a n g E.T., K a n F.L. e.a. Sinorhizobium meliloti associated with Medicago
sativa and Melilotus spp. in arid saline soils in Xinjiang, China. Internat. J. System. Evolut.
Microbiol., 2000, 50: 1887-1891.
И б р а г и м о в а М.В., Р у м я н ц е в а М.Л., О н и щ у к О.П и др. Симбиоз клубеньковых бактерий Sinorhizobium meliloti с люцерной Medicago sativa в условиях засоления. Микробиология, 2006, 75(1): 94-100.
А н д р о н о в Е.Е., Р у м я н ц е в а М.Л., С а г у л е н к о В.В. и др. Влияние растения-хозяина на генетическое разнообразие природной популяции Sinorhizobium meliloti. Генетика, 1999, 35(10): 1169-1177.
B e r i n g e r J.E. R-factor transfer in Rhizobium leguminosarum. J. Gen. Microbiol., 1974, 84:
188-198.
H i r s c h P.R. Population dynamics of indigenous and genetically modified rhozobia in the
field. New Phytol., 1996, 133: 159-171.
A l l e n O.N. Experiments in soil bacteriology. 3-d ed. Minneapolis, 1959.
О н и щ у к О.П., Ш а р ы п о в а Л.А., К у р ч а к О.Н. и др. Выявление генов Sinorhizobium meliloti, влияющих на синтез поверхностных полисахаридов и конкурентоспособность. Генетика, 2005, 41(12): 1617-1623.
З а т о в с к а я Т.В., У ш а к о в К.В., Ю р г е л ь С.Н. и др. Получение Tn5мутантов Rhizobium meliloti с измененным составом липополисахаридов и анализ их симбиотических свойств. Генетика, 1998, 34(6): 742-748.
Ч и ж е в с к а я Е.П., К р о л ь Е.А., О н и щ у к О.П. и др. Физическое и генетическое картирование мутаций симбиотической эффективности на мегаплазмиде-2 штамма
СХМ1 Rhizobium meliloti. Генетика, 1998, 9(34): 1220-1227.
Ф е д о р о в С.Н., С и м а р о в Б.В. Получение мутантов с измененными симбиотическими свойствами у Rhizobium meliloti под действием УФ-лучей. С.-х. биол., 1987, 9: 44-49.
А н д р о н о в Е.Е., Р у м я н ц е в а М.Л., С и м а р о в Б.В. Генетическое разнооб-
81
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
15.
16.
17.
18.
19.
разие природной популяции Sinorhizobium meliloti, выявленное при анализе криптических
плазмид и ISRm2011-2-фингерпринтов. Генетика, 2001, 37(5): 610-616.
Л а к и н Г.Ф. Биометрия. Изд. 4-е. М., 1990.
C a s t r o - S o w i n s k i S., M a r t i n e s - D r e t s G., O k o n Y. Laccase activity in
melanin-production of Sinorhizobium meliloti. FEMS Microbiol. Letters, 2002, 209: 119-125.
G a l i b e r t F., F i n a n T.M., L o n g S.R. e.a. The composite genome of the legume
symbiont Sinorhizobium meliloti. Science, 2001, 293: 688-672.
M e r c a d o - B l a n c o J., T o r o N. Plasmids in rhizobia: the role of non-symbiotic
plasmids. Molec. Plant-Microbe Interact., 1996, 9: 535-545.
Р у м я н ц е в а М.Л., А н д р о н о в Е.Е., С а г у л е н к о В.В. и др. Нестабильность криптических плазмид у штамма Sinorhizobium meliloti P108 в процессе симбиоза
его с люцерной Medicago sativa. Генетика, 2004, 40(4): 454-461.
ГНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной
микробиологии Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
10 октября 2008года
196608 г. Санкт-Петербург?Пушкин, ш. Подбельского, 3,
e-mail: [email protected], [email protected]
VARIABILITY OF Sinorhizobium meliloti STRAINS FOR THE PROPERTIES
DETERMINING THE SAPROPHYTIC SURVIVAL AND SYMBIOTIC
EFFICIENCY UNDER THE SALINITY CONDITIONS
O.P. Onishchuk, M.L. Rumyantseva, N.A. Provorov, B.V. Simarov
Summary
Alfalfa root nodule bacteria (Sinorhizobium meliloti) from the soil populations of China and
Siberia were studied for the range of properties essential for the saprophytic survival and for symbiotic properties expressed in the absence of salinity or in the presence of 0,6% NaCl added into the
media for alfalfa (Medicago sativa) growth. The significant differences between populations were revealed for bacterial polysaccharide content, for melanin production and for resistance to antibiotics.
In the absence of NaCl the majority of strains were effective in symbiosis with alfalfa while under the
salinity only two effective strains were revealed. The results of tube tests demonstrated that the genetic
variation of rhizobia strains is no less essential for the symbiotic efficiency than the salt stress suggesting
a possibility to overcome its negative impacts on plants by the microsymbiont breeding.
Новые книги
О л е ш к о В.П., Я к о в л е в В.В. Семеноводство люцерны на юге Западной Сибири. Барнаул: ГНУ Алтайский НИИ
сельского хозяйства Сиб. отд. РАСХН,
2006, 108 с.
В монографии обобщен обширный экспериментальный материал по разработке и совершенствованию технологии
возделывания люцерны. Представлена краткая характеристика районированных в
Западно-Сибирском регионе сортов этой
культуры, описаны биологические особенности растений. Научно обоснованы
способы, сроки посева, нормы высева семян, схемы использования семенного травостоя, а также эффективность применения бактериальных и микроудобрений в
посевах люцерны. Обсуждается экономическая эффективность семеноводства люцерны в зависимости от технологии возделывания. Показано, что расширение посевов люцерны и люцерно-злаковых травосмесей будет способствовать повышению почвенного плодородия, что весьма
актуально в современных условиях, когда
применение органических и минеральных
удобрений в сибирском кормопроизводстве сведено к минимуму. Дана оценка
влияния ширины междурядий, нормы вы-
82
сева, обработки ретардантом покровной культуры на семенную продуктивность люцерны. Опиисаны особенности семеноводства при орошении. Рассматриваются методы производства элитных семян, а также агротехнические и биологические способы борьбы с основными вредителями и болезнями культуры.
Д ь я к о в Ю.Т. Ботаника. Курс альгологии и
микологии. М.: изд-во МГУ, 2007, 559 с.
Учебник написан на основе неоднократно переиздававшегося «Курса низших растений». В отличие от предыдущего в настоящее
издание не включены разделы, посвященные
описанию вирусов и бактерий, но добавлен новый раздел, в котором изложены правила ботанической таксономии и основы ботанической
латыни. Системы отдельных групп организмов,
традиционно относимых к «низшим растениям» (водоросли, грибы, лишайники, миксомицеты), претерпели значительные изменения,
обусловленные использованием для их изучения современных методов биохимии, цитологии и молекулярной биологии, что нашло отражение в этой книге. Больше внимания уделено цитологии, физиологии, экологии и практическому использованию «низших растений».
Набор описываемых видов и схема их описания
остались без существенных изменений.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 633.358:631.461.5
ВЛИЯНИЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ НА РОСТ КЛУБЕНЬКОВЫХ
БАКТЕРИЙ В КУЛЬТУРЕ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С КОРНЯМИ
ПРОРОСТКОВ ГОРОХА
А.К. ГЛЯНЬКО, Н.Б. МИТАНОВА, Л.Е. МАКАРОВА, Г.Г. ВАСИЛЬЕВА
Изучали влияние азотсодержащих соединений KNO3, KNO2, (NH4)2SO4 и нитропруссида натрия на рост клубеньковых бактерий (Rhizobium leguminosarum bv. viceae) в культуре, а
также адгезию и проникновение ризобий в ткани корня этиолированных проростков гороха сорта
Марат. Установлено негативное влияние нитропруссида натрия и KNO2 на взаимодействие ризобий с корневой системой бобового растения. Экзогенный гемоглобин уменьшал отрицательное
действие этих соединений на бактерии и проростки.
Ключевые слова: азотсодержащие соединения, нитропруссид натрия, гемоглобин, клубеньковые бактерии, проростки гороха, адгезия и проникновение бактерий, световая микроскопия.
Key words: compounds containing nitrogen, nitroprusside sodium, nodule bacteria, hemoglobin, pea seedlings, adhesion and penetration of bacteria, light microscopy.
Известно, что образование и функционирование бобово-ризобиальных структур (клубеньков) ? процесс многоэтапный, сложный и подверженный действию различных экзо- и эндогенных факторов (1-3). Так, высокое содержание минерального азота в почве негативно влияет на формирование клубеньков и их последующую активность (4). В то же время показано, что KNO3, (NH4)2SO4, NH4NO3 в концентрациях до 60-80 мM не
препятствуют росту и размножению клубеньковых бактерий в культуре (5, 6).
Кроме минерального азота, в почве присутствуют другие его соединения, в частности газообразные ? закись азота (N2O) и оксид азота
(NO), которые выделяются как промежуточные продукты при нитрификации и денитрификации минерального азота (7, 8). Установлено, что при
внесении в почву (NH4)2SO4 в дозе 100 кг азота/га эмиссия NO увеличивается с 2,4 до 46,9, N2O ? с 0,95 до 7,4 нг?м-2?c-1 (7).
Оксид азота ? полифункциональная сигнальная молекула, управляющая внутриклеточными и межклеточными процессами в растительных,
животных и бактериальных клетках (9, 10). Разными авторами обсуждается
отрицательное влияние NO на функционирование клубеньков при высоком содержании нитратного азота в почве (11-13). По мнению одних (11),
нитратный азот в бактероидах восстанавливается до NO, который связывается с леггемоглобином с образованием нитрозиллеггемоглобина, что
приводит к ингибированию переноса кислорода в бактероиды, снижению
активности нитрогеназы и деградации клубеньков. В других опытах показано, что функционирующие клубеньки люцерны в норме содержат NO,
который образуется из аргинина в реакции, катализируемой синтазой оксида азота, но без участия нитрат- или нитритредуктаз (12). Авторы считают, что при оптимальных условиях NO может выполнять функции, не
связанные с включением защитных реакций или апоптозом. В более ранней работе (13) они предположили, что на начальных стадиях формирования симбиоза NO участвует также в регуляции числа клубеньков на корнях при экстремальных воздействиях.
Нашей целью была оценка влияния соединений азота на рост
клубеньковых бактерий в культуре, адгезию и проникновение ризобий в
ткани корня при инокуляции проростков гороха и морфологические особенности корневых волосков на начальном этапе бобово-ризобиального
взаимодействия.
Методика. Штамм CIAM 1026 клубеньковых бактерий (Rhizobium
83
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
leguminosarum bv. viceae) был получен из Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии. Клубеньковые бактерии выращивали на
агаризованной среде с добавлением отвара из семян гороха (14) и использовали для инокуляции растений или для получения культуры на
жидкой минимальной среде с минеральными и органическими добавками (15, 16).
Действие азотсодержащих соединений и гемоглобина на размножение
бактерий оценивали по изменению оптической плотности суспензий (А590) с
помощью ФЭК КФК-2 (Загорский оптико-механический завод, СССР) через
8 ч после внесения указанных соединений в среду при культивировании бактерий в темноте при температуре 22 єС. Варианты опыта были следующими:
контроль (Н2О); KNO3 (60 мМ); (NH4)2SO4 (60 мМ); KNO2 (3,3 мМ); KNO2
(3,3 мМ) + гемоглобин из эритроцитов лошади (0,67 мкМ) («MP Biomedicals», CША); нитропруссид натрия Na2[Fe(CN)5NO] («Sigma», США) (0,019;
0,19; 0,67 мМ); Na2[Fe(CN)5NO] (0,67 мМ) + гемоглобин (0,67 мкМ).
Семена гороха (Pisum sativum L.) сорта Марат промывали теплой
мыльной водой, поверхностно стерилизовали 3 % раствором пероксида
водорода в течение 15 мин и промывали дистиллированной водой. Затем
их проращивали в течение 2 сут на фильтровальной бумаге, смоченной
дистиллированной водой, при температуре 22 єС в темноте. Для опытов
отбирали проростки с длиной корня 2,4-3,0 см, которые помещали в кюветы на фильтровальную бумагу, смоченную дистиллированной водой
(контроль) или растворами гемоглобина (2 мкМ); KNO3 (20 мМ); KNO2
(20 мМ); (NH4)2SO4 (20 мМ); Na2[Fe(CN)5NO] (2 мМ); KNO2 (20 мМ) и
гемоглобина (2 мкМ); Na2[Fe(CN)5NO] (2 мМ) и гемоглобина (2 мкМ).
Одновременно проводили инокуляцию проростков суспензией бактерий
(2Ѕ108 клеток/мл, по 1 мл суспензии на корень).
Проростки выдерживали в термостате при температуре 22 єС в темноте в течение 1-2 сут, после чего оценивали интенсивность адгезии и
проникновения клубеньковых бактерий (17). Для удаления слабосвязанных ризобий корни гороха отмывали натрий-фосфатным буфером (рН 7,4)
в течение 15 мин с использованием лабораторного встряхивателя («Elpan»,
Польша), затем тщательно отмывали в струе водопроводной и стерильной
воды, после чего корни гомогенизировали в стерильной дистиллированной воде. Гомогенат (разведение 1:1000) высевали на твердую агаризованную среду (по 0,05 мл на чашку Петри). Об интенсивности адгезии и проникновения бактерий в корень судили по числу образовавшихся колоний
(одна колония условно соответствовала одной бактерии). Рост проростков
оценивали по накоплению корневой биомассы.
В опытах со световой микроскопией растения выращивали на фоне
Н2О (контроль); KNO3 (60 мМ); KNO2 (20 мМ); (NH4)2SO4 (60 мМ);
Na2[Fe(CN)5NO] (2 мМ) и при добавлении к каждому из азотсодержащих
соединений гемоглобина (2 мкМ). Микроскопирование образцов осуществляли через 1 сут после инокуляции: целые корни, обработанные витальным красителем крезиловым голубым («Merck», Германия) (18), изучали
под световым микроскопом Peraval Interphako («Carl Zeiss», ГДР). Снимки
получали с помощью цифрового фотоаппарата «Sony» (Япония).
Средние значения показателей и их стандартные ошибки вычисляли на основании результатов 3-5 независимых экспериментов. Достоверность различий оценивали по t-критерию Стьюдента. `
Результаты. Добавление в суспензию клубеньковых бактерий нитропруссида натрия, служащего донором NO в биологических средах, в концентрациях 0,019; 0,19 и 0,67 мМ ингибировало их рост соответственно на 23, 37
и 58 % (табл. 1), причем наличие гемоглобина полностью снимало этот отрицательный эффект. Внесение в культуральную среду KNO3 и (NH4)SO4 в
концентрации 60 мМ не влияло на рост ризобий, что согласуется с данными
84
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
литературы (5, 6). Действие KNO2 на рост бактерий было аналогично действию нитропруссида натрия с той разницей, что с добавлением гемоглобина
негативное влияние KNO2 усиливалось, а не устранялось.
1. Рост клубеньковых бактерий Rhizobium leguminosarum bv. viceae в жидкой культуре при разных концентрациях азотсодержащих соединений и
на фоне гемоглобина
Соединение
Контроль (Н2О)
KNO3
KNO2
KNO2 + гемоглобин
(NH4)SO4
Na2[Fe (CN)5NO]
Na2[Fe(CN)5NO] + гемоглобин
Оптическая плотность образца, А590
относительно
в опыте, M±m
контроля, %
Концентрация
0,120±0,006
0,120±0,001
0,070±0,002
0,047±0,002
0,120±0,001
0,092±0,002
0,075±0,002
0,050±0,002
0,120±0,002
60 мМ
3,3 мМ
3,3 мМ + 0,67 мкМ
60 мМ
0,019 мМ
0,19 мМ
0,67 мМ
0,67 мМ + 0,67 мкМ
100
100
58
39
100
77
63
42
100
Соли KNO2 и (NH4)2SO4 (20 мМ) стимулировали связывание и
проникновение клубеньковых бактерий в ткани корней проростков гороха (P > 0,95; ? = 4). В варианте с KNO3 достоверных различий по сравнению с
контролем не выявили (табл. 2), с нитропруссидом натрия (2 мМ) ? наблюдали уменьшение числа адсорбированных на поверхности корней ризобий в 4,6
раза (P = 0,99; ? = 4). Присутствие в среде для выращивания одновременно
гемоглобина и нитропруссида частично (в 1,5 раза) снимало отрицательный
эффект последнего (P > 0,99; ? = 4), только гемоглобина ? стимулировало процессы адгезии и проникновения бактерий в ткани корня в 1,4
раза (P > 0,99; ? = 4). Рост корней проростков сильно ингибировался (на 45 %)
в вариантах с нитропруссидом натрия и KNO2. Гемоглобин (2 мкМ) полностью снимал отрицательное действие нитропруссида натрия на рост корней
(P > 0,99, ? = 4), частично ? отрицательное влияние KNO2. Однако в последнем случае различие между вариантами было недостоверным (Р < 0,95, ? = 4).
Добавление в среду только гемоглобина не оказывало влияния на рост корней.
2. Численность клубеньковых бактерий Rhizobium leguminosarum bv. viceae в
тканях и биомасса корней у этиолированных проростков гороха сорта
Марат, выращиваемых на растворах азотсодержащих соединений и гемоглобина
Вариант выращивания
Число ризобий,
Ѕ104 клеток/корень
Контроль (Н2О)
KNO3 (20 мМ)
KNO2 (20 мМ)
KNO2 + гемоглобин (20 мМ + 2 мкМ)
(NH4)2SO4 (20 мМ)
Na2[Fe(CN)5NO] (2 мМ)
Na2[Fe(CN)5NO] + гемоглобин (2 мМ + 2 мкМ)
Гемоглобин (2 мкМ)
П р и м е ч а н и е. Прочерк означает отсутствие данных.
106,00±6,07
116,50±5,92
138,00±4,37
?
149,40±5,57
23,10±1,51
36,10±1,84
151,80±8,40
Сырая масса корня, мг
130±9
130±14
55±14
78±5
105±13
55±1
125±4
120±23
Известно, что начальные этапы взаимодействия клубеньковых бактерий с корнями бобового растения характеризуются искривлением корневых волосков и образованием в них инфекционных нитей. Мы попытались оценить влияние изучаемых соединений на эти процессы с помощью
световой микроскопии.
В контрольном варианте (рис., А) корневые волоски были длинными (до 300-430 мкм), с хорошо выраженными искривлениями и инфекционными нитями. Добавление в среду нитропруссида натрия вызывало
образование коротких (до 90 мкм) корневых волосков с булавовидными
утолщениями на концах (см. рис., Б). Их искривление было выражено
слабо, инфекционные нити встречались намного реже, что свидетельство85
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
вало о нарушении процессов взаимодействия симбионтов. Наличие гемоглобина в среде с нитропруссидом способствовало увеличению длины инфекционных нитей и корневых волосков (до 120-490 мкм), а также их более заметному искривлению (см. рис., В).
Развитие корневых волосков у этиолированных проростков гороха сорта Марат через 24 ч после инокуляции Rhizobium leguminosarum bv. viceae при выращивании на воде (контроль), растворах азотсодержащих соединений и дополнительном фоне гемоглобина: А ? контроль; Б ? нитропруссид натрия (2 мМ); В ? нитропруссид натрия (2 мМ) + гемоглобин (2 мкМ); Г ?
KNO2 (20 мМ); Д ? KNO2 (20 мМ) + гемоглобин (2 мкМ); Е ? KNO3 (60 мМ); Ж ? KNO3
(60 мМ) + гемоглобин (2 мкМ); З ? (NH4)2SO4 (60 мМ); И ? (NH4)2SO4 (60 мМ) + гемоглобин (2
мкМ). Стрелки указывают на инфекционные нити внутри корневых волосков. Отрезки прямых
линий в углах снимков соответствуют 100 мкм. Снимки получены на расстоянии от кончика
корня (мм): А ? 25, Б ? 21, В ? 35, Г ? 17, Д ? 20, Е ? 25, Ж ? 23, З ?18, И ? 20. Длина
корней в разных вариантах при отборе проб колебалась от 40 до 70 мм.
При добавлении KNO2, как и в случае с нитропруссидом, корневые волоски были короткими (до 90-200 мкм), булавовидными, слабо искривленными, инфекционные нити встречались редко (в корневых волосках, достигших длины 180-200 мкм) (см. рис., Г). Дополнительное внесение в эту среду гемоглобина способствовало увеличению длины инфекционных нитей и корневых волосков (до 310 мкм), а также усилению их искривления (см. рис., Д).
Содержание в среде KNO3 и (NH4)2SO4 не оказывало резко отрицательного влияния на первичные этапы взаимодействия симбионтов (см.
рис., Е, З). При добавлении гемоглобина в среду с сульфатом аммония на
корневых волосках образовывались необычные выросты (см. рис., Ж, И).
Резюмируя полученные результаты, следует отметить, что нитропруссид натрия, выступающий в роли донора NO, негативно влиял на
рост и размножение ризобий в культуре, их адгезию и проникновение в
ткани корня, а также на рост корневых волосков и корней проростков гороха. Токсический эффект NO на рост клубеньковых бактерий, по-видимому, обусловлен легким поглощением этого вещества бактериями и
включением его в метаболизм бактериальной клетки, что ведет к замедле86
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
нию роста ризобий и полной или частичной потере способности взаимодействовать с бобовым растением. Положительное влияние гемоглобина,
вероятно, объясняется его ролью детоксикатора, связывающего NO с образованием нитрозилгемоглобина (19).
В варианте с нитритом калия гемоглобин не снимал негативный
эффект этого соединения на рост ризобий в культуре. Возможно, токсическое действие нитритов в этом случае проявляется после их поглощения
бактериальными клетками. Доступность гемоглобина для поглощения ризобиями нами не исследовалась. Однако в опыте с проростками гороха гемоглобин частично ослаблял отрицательный эффект нитритов на рост макросимбионта (см. табл. 2). В отличие от нитропруссида натрия нитритная
соль не лимитировала адгезию и проникновение клубеньковых бактерий в
корень, но, как показало микроскопирование, взаимодействие ризобий и
бобового растения нарушалось. Вопрос о механизмах действия KNO2 требует углубленных исследований. Можно предположить, что при этом токсический эффект также обусловлен действием оксида азота, образующегося в бактериальных и растительных клетках.
Нитрат калия и сульфат аммония даже в очень высокой концентрации (20-60 мМ) не оказывали отрицательного влияния на рост ризобий в
культуре, их адгезию, проникновение в корень и рост проростков. Негативное действие этих соединений на симбиоз, по-видимому, проявляется после
биохимических превращений минерального азота в растительных клетках.
Возможный продукт этих превращений ? оксид азота. По данным литературы, в образовании NO в растительных клетках участвуют нитрат- и нитритредуктазы, восстанавливающие NO3 и NO2 до оксида азота (20, 21). В
настоящее время важное значение придается изучению роли несимбиотического гемоглобина в растениях (22, 23). Исследователи считают, что cинтез
несимбиотического растительного гемоглобина связан с действием абиотических и биотических факторов и детоксикацией NO (23).
Таким образом, оксид азота, образующийся как продукт микробиологических превращений минерального азота в почве, оказывает негативное влияние на ризобии и бобовое растение на начальных этапах их
взаимодействия. На последующих этапах бобово-ризобиального симбиоза,
связанных с образованием клубеньков и их функциональной активностью,
оксид азота может образовываться в растительных клетках при восстановлении нитратов и нитритов.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Н а з а р ю к В.М., Я к у т и н а О.П., К л е н о в а М.И. Роль почвенных ресурсов,
минерального питания и симбиотической азотфиксации в повышении продуктивности
растений. С.-х. биол., 2004, 5: 13-21.
2. В о р о б ь е в В.А. Симбиотическая азотфиксация. Новосибирск, 1998.
3. S t r e e t e r J.G. Effects of drought on nitrogen fixation in soybean root nodules. Plant Cell
Environ., 2003, 26(8): 1199-1204.
4. Г л я н ь к о А.К., М и т а н о в а Н.Б. Физиологические механизмы отрицательного
влияния высоких доз минерального азота на бобово-ризобиальный симбиоз. Вест. Харьковского аграрного ун-та. Сер. Биология. 2008, 2(14): 26-41.
5. К и р и ч е н к о Е.В., М а л и ч е н к о С.М., С т а р ч е н к о в Е.П. Влияние различных концентраций минерального азота на жизнеспособность Bradyrhizobium в чистой
культуре. Физиол. биохим. культ. раст., 1993, 25(1): 24-27.
6. Связывание молекулярного азота клубеньковыми бактериями в симбиотических и культуральных условиях /Под ред. Е.П. Старченкова. Киев, 1984.
7. S c i b e U., S m i t h K.A., F o w l e r D. Nitrification and denitrification as sources of nitric oxide and nitrous oxide in a sandy loam soil. Soil Biol. Biochem., 1993, 25(11): 1527-1536.
8. A n d e r s o n I.C., L e v i n e J.S. Relative rates of nitric oxide and nitrous oxide production
by nitrifiers, denitrifiers, and nitrate respirers. Appl. Environ. Microbiol., 1986, 51(5): 938-945.
9. B e l i g n i M.V., L a m a t t i n a L. Nitric oxide: a non traditional regulator of growth.
Trends Plant Sci., 2001, 6(11): 508-509.
10. N e i l l S.J., D e s i k a n R., H a n c o c k J.T. Nitric oxide signalling in plants. New
87
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Phytol., 2003, 159(1): 11-35.
11. K a n a y a m a Y., Y a m a m o t o Y. Inhibition of nitrogen fixation in soybean plants suplied with nitrate. II. Accumulation and properties of nitrosylleghaemoglobin in nodules. Plant
Cell Physiol., 1990, 31(2): 207-214.
12. B a u d o u i n E., P i e u c h o t L., E n g l e r G. е.а Nitric oxide is formed in Medicago
truncutula-Sinorhizobium meliloti functional nodules. Mol. Plant-Microbe Interac., 2006, 19(9):
970-975.
13. H e r o u a r t D., B a u d o u i n E., F r e n d o P. е.а. Reactive oxygen species, nitric
oxide and glutathione: a key role in the establishment of the legume ? Rhizobium symbiosis?
Plant Physiol. Biochem., 2002, 40(6-8): 619-624.
14. М а к а р о в а Л.Е., Л у з о в а Г.Б., Л о м о в а т с к а я Л.А. Роль эндогенных ФС в
инфицировании Rhizobium leguminosarum корней гороха при низкой температуре. Физиол. раст., 1998, 45: 824-832.
15. Б е р е с т е ц к и й М.Н. Методические рекомендации по получению новых штаммов
Rhizobium leguminosarum и оценки их эффективности. Л., 1976.
16. H a r t w i n g U.A., J o s e f C.M., P h i l l i p s D.A. Flavonoid released naturally from
alfalfa seeds enhance growth rate of Rhizobium meliloti. Plant Physiol., 1991, 95: 797-803.
17. H o L-C., W a n g J.L., S h e n d l e r M. e.a. Carbogidrate binding activities of Bradyrhizobium japonicum. III. Lectin expression, bacterial binding and nodulation efficiency. Plant J.,
1994, 5(6): 873-884.
18. М а к а р о в а Л.Е., Н у р м и н с к и й В.Н. Влияние температуры на локализацию
«свободных» ФС в тканях корней и деформацию корневых волосков у инокулированных
Rhizobium проростков гороха. Цитология, 2005, 47(6): 519-525.
19. D o r d a s C., R i v o a l J., H i l l R.D. Plant haemoglobins, nitric oxide and hypoxis
stress. Ann. Bot., 2003, 91(2): 173-178.
20. Y a m a s a k i H., S a k i h a m a Y. Simultaneous production of nitric oxide and peroxynitrite by plant nitrate reductase: in vitro evidence for the NR-dependent formation of active nitrogen species. FEBS Letters, 2000, 468(1): 89-92.
21. M o d o l o L.V., A u g u s t o O., A l m e i d a I.M.G. e.a. Nitrite as the major source of
nitric oxide production by Arabidopsis thaliana in response to Pseudomonas syringae. FEBS Letters, 2005, 579(17): 3814-3820.
22. S a s a k u r a F., U c h i u m i T., S u z u k i A. e.a. A class 1 hemoglobin gene from Alnus firma functions in symbiotic and nonsymbiotic tissue to detoxity nitric oxide. Mol. PlantMicrobe Interact., 2006, 19(4): 441-450.
23. P e r a z z o l l i M., D o m i n i c i P., R o m e r o - P u e r t a s M.C. e.a. Arabidopsis nonsymbiotic haemoglobin AHb1 nodulates nitric oxide bioactivity. Plant Cell, 2004, 16(10): 2785-2794.
Поступила в редакцию
16 ноября 2006 года
Сибирский институт физиологии
и биохимии растений СО РАН,
664033 г. Иркутск, а/я 317,
e-mail: [email protected]
EFFECT OF NITROGEN-CONTAINING COMPOUNDS ON THE GROWTH
OF ROOT NODULE BACTERIA IN CULTURE AND THEIR INTERACTION
WITH ROOTS OF PEAS SEEDLINGS
A.K. Glyan?ko, N.B. Mitanova, L.E. Makarova, G.G. Vasil?eva
Summary
The authors investigated the effect of nitrogen-containing compound: KNO3, KNO2,
(NH4)2SO4 and sodium nitroprusside on the growth of root nodule bacteria (Rhizobium leguminosarum bv. viceae) in culture and also on adhesion and penetration of rhizobia to root tissues of
bleached-out peas seedlings of the Marat variety. The negative influence was established for KNO2
and sodium nitroprusside on interaction of rhizobia with root system, functional activity of nodules
and legume plant. The exogenous haemoglobin has protective action on bacteria and seedlings.
Новые книги
Т р е т ь я к о в Н.Н., С т р о й к о в Ю.М.
Вредители и болезни сельскохозяйственных
культур. Уч. пос. /Под ред. Ю.М. Стройкова.
М.: Издательский центр «Академия», 2008,
224 с.
В учебном пособии рассматриваются морфологические и биологические
особенности основных групп вредителей
и возбудителей болезней растений. Описаны наиболее важные и распространен-
88
ные вредители и болезни зерновых, бобовых,
плодовых и ягодных, а также овощных культур
и картофеля. Рассмотрены методы защиты растений от них. Дана характеристика современных химических и биологических препаратов,
применяемых для защиты растений. Приведены основные элементы организации работ по
защите растений. Книга предназначена для
учащихся учреждений начального профессионального образования.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Иммунитет и защита растений
УДК 633.1:632.4:616-099
ТОКСИНООБРАЗОВАНИЕ У ПОПУЛЯЦИЙ Fusarium poae, ПОРАЖАЮЩИХ
ЗЕРНО ХЛЕБНЫХ ЗЛАКОВ В УРАЛЬСКОМ И ЗАПАДНО-СИБИРСКОМ
РЕГИОНАХ
С.В. ТОКАРЕВ, Г.П. КОНОНЕНКО, Н.А. СОБОЛЕВА, А.А. БУРКИН
В лабораторных экспериментах провели сравнительную оценку способности к образованию Т-2 токсина и зеараленона у популяций вида Fusarium poae (Peck) Wollenweber, представленных на свежеубранном зерне пшеницы, ячменя, овса и ржи из Уральского и ЗападноСибирского регионов.
Ключевые слова: зерно, фузариоз, зеараленон, Т-2 токсин.
Key words: grain, fusariosis, zearalenone, T-2 toxin.
Для вида Fusarium poae (Peck) Wollenweber, который характеризуется высокой экологической пластичностью и значительным распространением в составе возбудителей фузариоза зерновых культур, токсигенный
потенциал природных сообществ до сих пор остается малоизученным.
Проблема особенно актуальна в связи с предположением о причастности
этого вида гриба к массовым вспышкам острого фузариотоксикоза населения ? алиментарной токсической алейкии (АТА) (1-4).
Целью нашей работы была оценка географических популяций F.
poae, поражающих зерно хлебных злаков в Уральском и Западно-Сибирском регионах Российской Федерации, по способности к образованию T-2
токсина и зеараленона.
Методика. Объектами исследования были 178 природных штаммов
F. poae (Peck) Wollenweber, выделенных при микологическом анализе образцов свежеубранного зерна пшеницы, ячменя, ржи и овса урожая 19951997 годов в Уральском (Курганская, Челябинская, Оренбургская области,
Республика Башкортостан) и Западно-Сибирском (Кемеровская, Омская,
Тюменская, Новосибирская области, Алтайский край) регионах.
Оценку токсинообразования грибов проводили по общей схеме,
включающей приготовление инокулюма, посев на стерильный зерновой
субстрат (рис) с влажностью 30 % и стационарное культивирование в темноте (разные варианты по срокам и температурам). Инокулюм представлял собой гомогенную взвесь клеток гриба в 0,01 % водном растворе
Твин-80 (около 20 тыс. диаспор/мл). Выращивание проводили: в течение
4 нед ? в двух режимах (только при 25 °С; при 25 єС в первой и при 8 °С
во второй половине инкубации), а также в варианте 16 нед при 8 °С.
По завершении экспериментов образцы мицелиально-зерновой
биомассы гомогенизировали в ацетонитриле и полученные экстракты анализировали методом непрямого конкурентного иммуноферментного анализа (5, 6) с чувствительностью определения Т-2 токсина 0,002 мг/кг субстрата (1,0 нг/мл экстракта) и зеараленона 0,02 мг/кг субстрата (10 нг/мл
экстракта). Для каждого из представителей популяции учитывали наибольший достигаемый уровень накопления токсина в субстрате.
Результаты. Доля продуцентов зеараленона во всей совокупности
изученных штаммов составила 38,2 %, причем выборки существенно различались по этому признаку (табл. 1).
В то же время интенсивность биосинтеза зеараленона была сходной: по региональным популяциям образуемые количества составляли соответственно от 0,02 до 0,20 и от 0,06 до 0,20 мг/кг. Только для одного
89
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
90
количество токсина,
мг/кг субстрата
(среднее)
число продуцентов,
шт.
пределы значений,
мг/кг субстрата
Всего продуцентов
(%)
Число изолятов, шт.
изолята из Уральского региона показатель равнялся 1,60 мг/кг, что находилось за пределами указанных значений.
В литературе подтвер1. Способность к токсинообразованию
ждения
способности вида F.
у региональных популяций гриба Fupoae образовывать зеараленон
sarium poae, представленных на зерне
крайне редки. В группе из 18
колосовых культур
изолятов из европейских стран
Интенсивность токсинообразования
(Швеция, Дания, Норвегия,
Чехословакия) было найдено
9 продуцентов (7). При культивировании 19 штаммов, выделенных из зерна ячменя и
овса в Швеции, в сходных условиях (субстрат ? рис, 2 нед
Зеараленон
при 25 °С и 2 нед при 10 °С) 9
Уральский регион
78
47 (60,2 %) 0,01-0,1
22
0,02ч0,09 (0,06)
синтезировали этот метаболит,
0,1-1,0
24
0,1ч0,3 (0,2)
однако его количества, к сожа1,0-10
1
1,6
лению, не приведены (7). Один
10-100
?
штамм, образующий зеаралеЗападно-Сибирский регион
нон, был выделен из зерна ку100 21 (21,0 %) 0,01-0,1
11
0,06ч0,09 (0,07)
0,1-1,0
10
0,1ч0,3 (0,2)
курузы урожая 1982 года в Ба1,0-10
?
варии (8).
10-100
?
Оценка потенциала биТ-2 т о к с и н
осинтеза
Т-2 токсина показаУральский регион
78
34 (43,6 %) 0,001-0,01
5
ла, что в пределах условных
0,006ч0,008 (0,007)
0,01-0,1
27
0,01ч0,08 (0,03)
диапазонов концентраций, со0,1-1,0
2
0,4ч0,6 (0,5)
ответствующих по размерности
Западно-Сибирский регион
100 62 (62,0 %) 0,001-0,01
1
0,008
одному порядку, распределе0,01-0,1
47
0,01ч0,08 (0,03)
ние продуцентов носило за0,1-1,0
14
0,1ч0,9 (0,1)
П р и м е ч а н и е. Прочерк означает отсутствие изолякономерный и плавный характов с соответствующей интенсивностью токсинообразотер. При этом обе выборки бывания.
ли сходны как по числу продуцентов, так и по низкой интенсивности образования токсина ? от 0,006 до
0,600 и от 0,008 до 0,900 мг/кг.
Таким образом, в микофлоре свежеубранного зерна у обеих обследованных географических популяций F. poae потенциал биосинтеза Т-2
токсина и зеараленона характеризуется значительным числом продуцентов
с крайне слабо выраженной способностью накапливать эти метаболиты.
Этот результат представляет несомненный интерес и не является неожиданным. Обобщение немногочисленных, в том числе неопубликованных,
данных литературы по F. poae европейского происхождения (Нидерланды,
Дания, Норвегия) (9) также свидетельствует о слабой способности этого
вида образовывать Т-2 токсин. Согласно результатам изучения 49 штаммов
F. poae из коллекций ВВА (Federal Biological Research Centre for Agriculture
and Forestry, Berlin, ФРГ), IBT (BioCentrum?Technical University of Denmark, Дания) и ITEM (Instituto Tossine e Micotossine da Parasiti Vegetali,
Bari, Италия) только 4 синтезировали Т-2 токсин (10).
Особый интерес представляет тот факт, что среди представителей
популяций F. poae из регионов, где в разные годы регистрировалась АТА,
не было выявлено ни одного штамма, образующего Т-2 токсин в количестве более 1 мг/кг.
В Уральском регионе у всех исследованных нами штаммов количество токсина, выделяемое в субстрат, не превышало 0,60 мг/кг даже при
длительном выращивании на холоде, которое соответствует условиям перезимовки зерна (табл. 2). Токсинообразование этой популяции оставалось
стабильным в контрастных условиях роста. В режимах, моделирующих раз-
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
витие гриба при вегетации растений (25 °С, 4 нед), в послеуборочный период (25 °С, 2 нед; 8 °С, 2 нед) и в условиях зимовки под снегом (8 °С, 16
нед) не наблюдалось возрастания доли продуцентов Т-2 токсина, образующих количества более 0,01 мг/кг, или смещения уровней его накопления в область больших значений. Это, несомненно, свидетельствует, что
активация Т-2 токсинообразования у F. poae при кратковременном или
длительном воздействии пониженных температур вряд ли возможна.
На основании многолетнего изучения видов Fusarium секции
Sporotrichiella, выделенных из вызвавших АТА злаков, из растительных
субстратов и кормов в различных эколого-географических зонах СССР,
ранее был сделан вывод, что сильнотоксичные формы в этой группе единичны при преобладании слаботоксичных и нетоксичных (4).
2. Способность к образованию Т-2 токсина штаммами Fusarium poae из
Уральского региона при разных режимах культивирования
Показатель
25 °С, 4 нед
25 °С, 2 нед + 8 °С,
2 нед
8 °С, 16 нед
Число продуцентов с накоплением Т-2
токсина ? 0,01 мг/кг, шт.
Количество токсина Т-2, мг/кг субстрата (среднее)
10
0,01ч0,4 (0,06)
13
0,01ч0,3 (0,04)
11
0,01ч0,6 (0,08)
У F. poae разного географического происхождения были описаны
так называемые «экологические модификации» изолятов, формирующиеся
при адаптации к окружающей среде (4). Можно предположить, что не только показатели роста, но и метаболические возможности этого вида гриба
могут приобретать крайние формы под влиянием сочетания редких или
аномальных почвенно-климатических факторов. К группе с такими свойствами могут быть отнесены 46 высокотоксичных штаммов F. poae (PK.) Wr.,
выделенных на перезимовавших в поле растениях пшеницы, ячменя, ржи,
проса, подсолнечника и из почв в Оренбургской области в 1943-1949 годах
(1, 2), а также другие сильнотоксичные изоляты, в том числе известный
штамм F. poae 5253 (4). Зарубежными исследователями описаны отдельные
штаммы, у которых накопление Т-2 токсина достигает 30 мг/кг зернового
субстрата (11), а экстрактивные вещества вызывают глубокие дегенеративные изменения эпителиальных клеток у лабораторных животных (12). В молекулярно-генетических исследованиях, проведенных в последние годы, обсуждается иная видовая принадлежность этих штаммов (9).
Итак, в нашей работе при выборочной оценке токсигенного потенциала популяций Fusarium poae в регионах вспышек алиментарной токсической алейкии биосинтез зеараленона выявлен у 38,2 % изолятов, Т-2
токсина ? у 52,8 % изолятов при крайне слабо выраженной способности
накапливать эти метаболиты. Культивирование F. poae в условиях пониженных температур не приводило к активации токсинообразования.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
J o f f e A.Z. The mycoflora of overwintered cereals and its toxicity. Bulletin of the Research
Council of Israel, 1960, 9D: 101-126.
J o f f e A.Z. Toxicity and antibiotic properties of some Fusaria. Bulletin of the Research
Council of Israel, 1960, 8D: 81-95.
Y a g e n B., J o f f e A.Z. Screening of toxic isolates of Fusarium poae and F. sporotrichioides
involved in causing alimentary toxic aleukia. Appl. Environ. Microbiol., 1976, 32(2): 423-427.
К в а ш н и н а Е.С. Физиолого-экологическая характеристика видов рода Fusarium секции Sporotrichiella. Бюл. Всес. Ордена Ленина Института экспериментальной ветеринарии, 1978, 32: 42-45.
К о н о н е н к о Г.П., Б у р к и н А.А., С о б о л е в а Н.А. и др. Иммуноферментный метод определения Т-2 токсина в контаминированном зерне. Прикл. биохим. и
микробиол., 1999, 35(4): 457-462.
К о н о н е н к о Г.П., Б у р к и н А.А., С о б о л е в а Н.А. и др. Получение конъюгированных антигенов на основе карбоксиметилоксима зеараленона и их применение в
иммуноферментном анализе. Прикл. биохим. и микробиол., 2000, 36(3): 328-335.
P e t t e r s o n H. Nivalenol production by Fusarium poae. Mycotoxin Res., 1991, 7A(1): 26-30.
91
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
8.
E n g e l h a r d t G., R i n t e l e n J., W a l l n o f e r P.R. Occurrence of toxinproducing mould fungi of the genus Fusarium on cereals from the 1982 harvest in Bavaria. Bayerisches Landwirtschaftliches Jahrbuch, 1984, 61(1/2): 338-347.
9. T o r p M., L a n g s e t h W. Production of T-2 toxin by a Fusarium resembling Fusarium
poae. Mycopathologia, 1999, 147(2): 89-96.
10. T h r a n e U., A d l e r A., C l a s e n P-E. e.a. Diversity in metabolite production by
Fusarium langsethiae, Fusarium poae, and Fusarium sporotrichioides. Inter. J. Food Microbiol.,
2004, 95(3): 257-266.
11. V e s o n d e r R.F., E l l i s J.J., R o h w e d d e r W.K. Swine refusal factors elaborated by
Fusarium strains and identified as trichothecenes. Appl. Environ. Microbiol., 1981, 41(1): 323-324.
12. L u c i a G.E., M a r t i n A.A., L o r y G. e.a. Rabbit skin sensitivity to culture extracts of
Fusarium poae. Revista Argentina de Microbiologia, 1984, 16(1): 27-32.
ГНУ Всероссийский НИИ ветеринарной
санитарии, гигиены и экологии,
Поступила в редакцию
10 июля 2007 года
123022 г. Москва, Звенигородское ш., 5,
e-mail: [email protected]
TOXIN PRODUCTION IN POPULATION Fusarium poae ON CORN
OF CEREALS IN URAL AND WESTERN SIBERIA
S.V. Tokarev, G.P. Kononenko, N.A. Soboleva, A.A. Burkin
Summary
In laboratorial experiments the authors made the comparative estimation of production of
T-2 toxin and zearalenon by Fusarium poae (Peck) Wollenweber populations in fresh corn of wheat,
barley, oat and rye from Ural?skii and Western Siberian regions.
Новые книги
К у р б а т о в а А.И., Т а р к о А.М.,
З в о л и н с к и й В.П. Математическое
моделирование воздействия аэротехногенных загрязнений на лесные биогеоценозы.
М.: РУДН, 2007, 134 с.
В монографии обобщены основные данные о состоянии лесных биогеоценозов, испытывающих воздействие аэротехногенных выбросов. Проведен анализ методов математического моделирования динамики экологических процессов. Дана эколого-географическая характеристика районов расположения лесных
биогеоценозов как объектов моделирования последствий техногенного воздействия выбросов предприятий цветной металлургии на лесные биогеоценозы. Описана модель воздействия кислотных дождей и сернистого газа на лесные биогеоценозы. Книга предназначена для специалистов в области экологии, биологии,
математического моделирования, а также
студентов и аспирантов этих специальностей и широкого круга читателей, интересующихся проблемами антропогенного
воздействия выбросов промышленных
предприятий на лесные биогеоценозы.
Г о р ш к о в а Т.А. Растительная клеточная стенка как динамичная система. М.:
изд-во «Наука», 2007, 429 с.
В монографии рассматривается
метаболизм клеточной стенки ? ключевой структуры растительного организма,
определяющей особенности его биологии.
Охарактеризованы состав, структура и би-
92
осинтез всех основных компонентов клеточной
стенки, включая полисахариды, лигнин, структурные белки, ферменты, кутин, суберин и
воск. Приведена информация о структуре клеточной стенки, ее особенностях в растениях
различного таксономического и эволюционного положения. Показаны изменения в клеточной стенке в ходе деления клетки, роста растяжением, образования межклетников, плазмодесм
и других специализированных структур, при
прорастании семян, сбрасывании листьев и т.д.
Описаны функции клеточной стенки в растительном организме, в частности ее роль в передаче сигнала. Книга предназначена для широкого круга студентов, преподавателей и исследователей, занимающихся биологией растений.
К о з л о в Д.В., З и м и н Ф.М., Г о л о в ан о в А.И. Природообустройство. Учебник /Под
ред. А.И. Голованова. М.: изд-во «Колос», 2008,
552 с.
В книге рассматриваются принципы
рационального природопользования и природообустройства, геосистемы как объекты природообустройства, культурные ландшафты, основные природные законы и способы моделирования природных процессов. Приведены основные технические приемы орошения и осушения земель различного назначения, восстановления нарушенных и очистки загрязненных
земель, борьбы с природными стихиями (наводнениями, подтоплением, эрозией, оползнями, селями и т.п.). Специальное внимание уделено обустройству водных объектов. Для студентов ВУЗов, а также специалистов по природопользованию, экономике и организации водного хозяйства.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 635.63:578.865.1:631.524.82
РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ ОГУРЦА, ЗАРАЖЕННЫХ ВИРУСОМ ТАБАЧНОЙ
МОЗАИКИ, ПРИ ОБРАБОТКЕ ФЛАВОНОИДСОДЕРЖАЩИМИ
КОНЦЕНТРАТАМИ
О.Э. ОРАЗОВ, В.С. НИКИТИНА
В условиях защищенного грунта изучали биологическое действие флавоноидсодержащих
концентратов (СФК), выделенных из герани луговой (Geranium pratense L.), на развитие растений огурца (Cucumis sativus L.) сорта Изящный при заражении обычным штаммом вируса табачной мозаики (ВТМ). Выявлено подавление системной вирусной инфекции при поливе под корень
и особенно при опрыскивании листьев, а также более раннее плодоношение у здоровых растений
по сравнению с инфицированными, но не обработанными СФК.
Ключевые слова: суммарные флавоноидсодержащие концентраты, вирус табачной мозаики, системная вирусная инфекция, иммунизация, герань луговая, огурец.
Key words: total flavonoid concentrates, tobacco mosaic virus, system virus infection, immunization, Geranium meadow, cucumber.
Показано, что экзогенные природные фенольные соединения вызывают в растениях различные ростовые и биохимические эффекты (1, 2).
Наиболее изучено воздействие фенольных соединений на ризогенез черенков. Фенольные соединения могут регулировать уровень эндогенного
ауксина через ферментные системы синтеза и распада индолилуксусной
кислоты (ИУК) (3, 4). Совместное влияние на укоренение и рост побегов
садовых растений оказывали также флоридзин и индолилмасляная кислота
(ИМК) (5). Синтетический полифенол ионол (ВНТ) снижал количество
образуемого супероксида O2?, подавлял рост, увеличивал продолжительность жизни колеоптиля, а также предупреждал появление признаков старения и апоптоза у этиолированных проростков пшеницы (6).
При изучении антифитовирусного действия природных полифенолов и флавоноидов было показано (7), что 3,7,4?-триметилкверцетин (айанин) и 3,7,3?,4?-тетраметилкверцетин при предварительной инкубации вируса табачной мозаики (ВТМ) в их растворах подавляют его развитие после инокуляции растений Nicotiana gluticosa. Тетраметилкверцетин формировал устойчивый комплекс с вирионами и снижал инфекционность на N.
gluticosa. Предполагается, что специфически метилированные соединения
кверцетина снижают инфекционность ВТМ посредством ослабления связей между субъединицами вириона (отделение белковой оболочки), вследствие чего вирусная РНК подвергается атаке РНКазы хозяина при механической инокуляции. Инфекционность Х-вируса картофеля (ХВК) в
Chenopodium quinoa существенно ингибировалась низкими концентрациями
кверцетина, морина и 3-O-метилгалангина (8). Авторы считают, что кверцетин и его производные препятствуют взаимодействию белка ХВК с рецепторами хозяина, необходимыми для развития инфекции. При смешивании
раствора флавоноидов с суспензией неповируса пятнистости томатов ингибировалась инфекционность инокулюма для растений C. quinoa (9).
По отношению к фитовирусам эффективны смеси флавоноидов, а
также их производных. Это было показано для яблоневого вируса стеблевых выемок, титр которого снижался при воздействии омбуина (7,4?-диметилкверцетина) в меньшей степени, смесей глицирризин+кверцетин и
кверцетин+рибовирин ? в большей. Последнее сочетание эффективно
элиминировало вирус стеблевых выемок яблони в растениях N. occidentalis
93
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
и Malus domestica в опытах in vivo (10).
В ранее проведенных экспериментах нами показано, что водорастворимый комплекс полифенольных соединений из герани луговой Geranium pratense в концентрации 0,05-0,10 % при опрыскивании листьев способен подавлять системное заражение растений огурца Cucumis sativus, однако предпосевная обработка семян не обеспечивает защиту от вирусной
инфекции (11).
Некоторые сорта огурца в условиях защищенного грунта подвержены заболеваниям, вызываемым вирусами и фитопатогенными микроорганизмами, что приводит к существенным потерям урожая и актуализирует поиск антифитовирусных агентов. Преимущество препаратов природного происхождения по сравнению с химикатами (помимо низкой токсичности для растений и человека) заключается в том, что они менее мутагенны
(и, соответственно, в меньшей степени вызывают образование новых штаммов вирусов) при более широком спектре действия (12). Однако их влияние на биохимический статус и развитие культурных растений исследовано недостаточно.
Цель представленной работы ? изучение биологического действия флавоноидсодержащих концентратов, выделенных из надземной части герани луговой Geranium pratense L., на растения огурца, инфицированные ВТМ.
Методика. В работе в качестве модельного использовали сорт огурца Изящный, растения которого в предварительных испытаниях показали
повышенную чувствительность к воздействию ВТМ. Опыты проводили на
светоплощадке (освещенность 8 кЛк, 14-часовой фотопериод). Растения
высаживали в пластиковые стаканчики с почвогрунтом фирмы «Terra Vita»
(Россия). Опытные образцы разделяли на 4 группы (по 10 растений в каждой): I ? неинфицированный контроль, II ? инфицированные ВТМ, но
не обработанные фитопрепаратами, III ? инфицированные после полива
под корень 0,05 % раствором флавоноидсодержащих концентратов в течение 10 сут до заражения, IV ? инфицированные ВТМ после опрыскивания листьев тем же раствором однократно за 4 сут до заражения. Полив
обессоленной водой (I, II и IV группы) или 0,05 % раствором суммарных
флавоноидсодержащих концентратов (СФК) (III группа) проводили через
каждые 48 ч в дозе 30 мл на одно растение, опрыскивание растений IV
группы ? в дозе 30 мл того же раствора. Дополнительно растения всех
групп подкармливали средой Хогланда-Арнона с микроэлементами 1 раз в 4
сут в дозе 20 мл. Эксперимент выполняли в 2 повторностях.
Суммарные флавоноидсодержащие концентраты выделяли из надземной части дикорастущей герани луговой (G. pratense L.) (13). Измельченное воздушно-сухое растительное сырье обрабатывали кипящим хлороформом в соотношении 20:1 (объем к массе) для очистки от липофильных примесей. Фенольные соединения 2-кратно экстрагировали кипящим
70 % этанолом (25:1). Спиртовые фракции объединяли, лиофилизировали
и промывали холодной водой (3-4 °С) для удаления примесей сопутствующих веществ, остаток повторно лиофилизировали. Сухие экстракты
фенольных соединений представляют собой кристаллический порошок
светло-коричневого цвета, хорошо растворимый в горячей воде, водных
растворах ацетона, метанола, этанола и в лимоннокислом буфере (рН 2,2).
В препарате 65-70 % от общей массы составляли флавоноиды (из групп
флавонов, флавонолов и антоцианов), фенилпропаноиды и конденсированные фенольные соединения (по данным качественных реакций, а также разделения с помощью тонкослойной и жидкостной колоночной хро94
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
матографии), 2-3 % ? гидроксикоричные кислоты (их содержание определяли экстракционно-спектрофотометрически) (14). Суммарное содержание полифенольных соединений измеряли колориметрически с использованием реактива Фолина-Дениса (15). Количество флавоноидов определяли
по методике, основанной на реакции комплексообразования с хлоридом
алюминия, в пересчете на стандартные промышленные препараты ? дигликозид рутина или агликон кверцетина (16).
Для обработки растений готовили водные растворы СФК (концентрация действующих веществ 0,01-0,10 % по массе).
Развитие вирусной инфекции регистрировали визуально и с помощью светового микроскопа Бимам Р 13 («Ломо», Россия) через 2 и 7 сут
после инфицирования по образованию некрозов на листьях.
Для оценки репаративного действия экзогенных полифенолов на
клеточные органеллы и регенерационных процессов в мезофилле зараженных ВТМ листьев огурца использовали модифицированный метод введения раствора люминесцирующего красителя флуоресцеина (17). Высечки
листа размером 5Ч5 мм обрабатывали 2 % раствором флуоресцеина в 5 %
уксусной кислоте. Через 5 мин промывали 5 % CH3COOH и помещали на
предметное стекло. Препараты просматривали в люминесцентном микроскопе Люмам Р 8 («Ломо», Россия) через оранжевый светофильтр, подсчитывая ярко-зеленые флуоресцирующие зоны.
Полученные данные подвергали статистической обработке с помощью программы Statistica v. 4.0 («StatSoft», США).
Результаты. При обработке поливом под корень и однократном опрыскивании листьев последнее оказалось наиболее эффективным (рис. 1).
Развитие системного поражения растений
Рис. 1. Проявление системной инфекции на листьях огурца огурца ВТМ наблюдалось
сорта Изящный при заражении вирусом табачной мозаики на 2-е сут после инокуля(ВТМ): А и Б ? фрагменты зараженного листа через 2
сут после инокуляции ВТМ соответственно без обработки ции как множественная
и после однократного опрыскивания (за 4 сут до инфици- мозаичность листьев; черования) флавоноидсодержащими концентратами, выде- рез 5 сут число некротичеленными из герани луговой.
ских пятен практически не
изменялось (табл. 1).
Внесение СФК под ко1. Число некротических пятен на полорень
или
опрыскиванием (соотвине листа у зараженных вирусом
ветственно III и IV группа растабачной мозаики растений огурца
сорта Изящный в защищенном грунте
тений) в сочетании с подкормпри разных вариантах обработки флакой существенно подавляло развоноидсодержащими концентратами из
витие инфекции ВТМ (вплоть
герани луговой (Х±х)
до отсутствия видимых прояв2-е сут
7-е сут
лений), причем во втором вариГруппа
1
2
1
2
анте ? в несколько большей
II (n = 10)
(контроль)
104±15
89±11
110±10
92±6
степени (см. табл. 1). Через 7 сут у
III (n = 10)
20±4
15±5
4±1
0
иммунизированных СФК растеIV (n = 10)
3±1
0
0
0
П р и м е ч а н и е. Описание групп по вариантам обний огурца в III группе наблюработки см. в разделе «Методика»; 1 и 2 ? повторнодалась репарация пораженных
сти опыта.
участков листьев.
95
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Между растениями разных групп были видны различия по скорости развития и приросту надземных органов (рис. 2). У инфицированных
ВТМ растений после появления признаков заболевания (пятнистость,
некрозы) замедлялся рост побегов, листьев и в последующие 7 сут формировались только мужские цветки («пустоцветы»), пигментация листьев и
побегов также частично нарушалась. Образование завязей задерживалось
на 5-6 сут, и в дальнейшем около 40 % из них не развивалось (табл. 2).
При люминесцентной микроскопии с использованием высечек листьев
было установлено, что через 7 сут после
опрыскивания СФК у растений из II и IV
групп окраска пораженных зон (хлоротичные участки с множественными пятнами
мозаики) изменялась на более темную, что
указывало на восстановление пластидных
элементов клетки. Число некротических
пятен заметно уменьшалось (не менее чем
на 60 %). Кроме того, частично восстанавливались разрушенные клеточные стенки,
Рис. 2. Влияние экзогенных флавоноидо чем свидетельствовало затрудненное высодержащих концентратов (СФК), выделенных из герани луговой на размывание флуоресцеина (известно, что этот
витие растений огурца сорта Изящкраситель свободно проникает в клетку
ный, инфицированных вирусом такак через поврежденную, так и через набачной мозаики: А ? инфицировантивную клеточную стенку и плазмалемму,
ное растение после однократного
опрыскивания раствором СФК, Б ?
однако в первом случае он так же легко
здоровое растение того же возраста
вымывается 5 % уксусной кислотой, во
(фаза 4-го листа).
втором ? частично задерживается). Через
14 сут большинство инфицированных листьев растений практически не отличалось от листьев контрольных неинфицированных (I группа).
2. Морфологические показатели (Х±х) надземных органов у инфицированных
вирусом табачной мозаики растений огурца сорта Изящный в защищенном
грунте при разных вариантах обработки флавоноидсодержащими концентратами из герани луговой
Группа
растений
I (n = 10), контроль
II (n = 10), контроль
Длина, см
листа по центральпобегов
ной жилке
7,8±0,8
5,7±0,5
Число цветков, шт.
Окраска листьев
тычиночных
пестичных
33,6±4,2
24,4±3,4
Темно-зеленая
7±1
2±1
Светло-зеленая
5±2
0
с хлоротичными
участками
III (n = 10)
6,3±0,4
30,5±6,1
Зеленая
6±1
3±1
IV (n = 10)
7,0±0,8
28,3±6,2
Зеленая
8±2
5±1
П р и м е ч а н и е. Описание групп по вариантам обработки см. в разделе «Методика»; срок вегетации ?
20 сут.
Известно, что при вирусной инфекции в хлоропластах и митохондриях неиммунных растений происходят структурно-функциональные нарушения (18, 19), что приводит к замедлению развития и угнетению растений, становясь причиной низкой урожайности. По нашему мнению,
развитие вирусной инфекции сопровождается образованием избыточного
количества O2?, что приводит к разрушению клеток. Обработка СФК устраняла этот токсический эффект, положительно сказывалась на общем
биохимическом и функциональном статусе растений и, как следствие,
стимулировала формирование побегов и генеративных органов. Возможно,
экзогенные флавоноиды, которые известны как стимуляторы прорастания
пыльцевых трубок (20, 21), принимали участие в развитии завязей.
96
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Таким образом, опрыскивание листьев огурца сорта Изящный флавоноидсодержащими концентратами (СФК), выделенными из герани луговой, служит эффективным способом профилактики инфекции, вызываемой обычным штаммом вируса табачной мозаики (ВТМ). На начальных этапах заражения проведенное однократно за 4 сут до инфицирования
оп??ыскивание листьев способствует подавлению инфекции с частичной
регенерацией поврежденных участков и восстановлением пигментации листьев. При этом значительно ускоряется генеративное развитие и формирование полноценных плодов у обработанных СФК растений по сравнению с интактными. Полученные данные позволяют считать флавоноидсодержащие концентраты из надземной части герани луговой перспективными при создании фитопрепаратов-иммуномодуляторов для восприимчивых к ВТМ культурных растений.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
М и н а е в а В.Г. Флавоноиды в онтогенезе растений и их практическое использование. Новосибирск, 1978.
В о л ы н е ц А.П. Взаимодействие эндогенных регуляторов роста и гербицидов.
Минск, 1980.
З а п р о м е т о в М.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растения. В сб.: 56-е
Тимирязевские чтения. М., 1996: 45-47.
Т р у ш е ч к и н В.Г., П о л и к а р п о в а Ф.Я., Я к о в л е в а В.А. О влиянии некоторых фенольных соединений на корнеобразование и прирост зеленых черенков клонового подвоя яблони Парадизка краснолистная. В сб.: Плодоводство и ягодоводство
Нечерноземной полосы. М., 1975, т. 8: 181-188.
У п а д ы ш е в М.Г., Д р о з д о в с к и й Э.М. Об использовании флоридзина при
микроразмножении садовых растений. С.-х. биол., 2003, 1: 87-92.
В а н ю ш и н Б.Ф., А л е к с а н д р у ш к и н а Н.И., З а м я т н и н а В.А. Фенольные соединения в системе регуляции апоптоза, клеточной дифференцировки, роста
и развития растений. Тез. докл. VI симп. по фенольным соединениям. М., 2004: 17-18.
F r e n c h C.J., E l d e r M., L e g g e t t F. e.a. Flavonoids inhibit infectivity of tobacco
mosaic virus. Canadian J. Plant Pathol., 1991, 13: 1-6.
F r e n c h C.J., T o w e r s G.H.N. Inhibition of infectivity of potato virus X by flavonoids.
Phytochemistry, 1992, 31(9): 3017-3020.
M a l h o t r a B., O n y i l a g h a J.C., B o h m B.A. e.a. Inhibition of tomato ringspot
virus by flavonoids. Phytochemistry, 1996, 43: 1271-1276.
J a m e s D., T r y t t e n P.A., M a c k e n z i e D.J. e.a. Elimination of apple stem grooving virus by chemotherapy and development of an immunocapture RT-PCR for rapid sensitive
screening. Ann. Appl. Biol., 1997, 131(3): 459-470.
О р а з о в О.Э., Н и к и т и н а В.С. Экстракты растительных фенольных соединений
в защите восприимчивых сортов огурца от вируса табачной мозаики. Биотехнология,
2005, 4: 67-69.
J a s s i m S.A.A., N a j i M.A. Novel antiviral agents: a medicinal plant perspective. J. Appl.
Microbiol., 2003, 95(3): 412-427.
Н и к и т и н а В.С., О р а з о в О.Э., Ш е н д е л ь Г.В. Эколого-биохимические
особенности накопления биологически активных веществ в некоторых видах сем. Geraniaceae на Южном Урале. Сибирский экологический журнал, 2004, 6: 825-834.
К о с м а н В.М., З е н к е в и ч И.Г. Количественное экстракционно-спектрофотометрическое определение суммарного содержания гидроксикоричных кислот в присутствии флавоноидов в экстрактивных веществах некоторых лекарственных растений. Раст.
ресурсы, 2001, 37: 123-129.
З а п р о м е т о в М.Н. Фенольные соединения и методы их исследования. В сб.: Биохимические методы в физиологии растений. М., 1971: 185-208.
К у ц ы к П.Г., Р ы б а ч е н к о А.И., В о л о в и к В.Г. и др. Спектрофотометрическое определение суммы флавоноидов и флавоноидных гликозидов в корневищах и корнях шлемника Байкальского. Хим.-фарм. журн., 1994, 4: 45-47.
Г и б б с А., Х а р р и с о н Б. Основы вирусологии растений. М., 1978.
Л а д ы г и н а М.Е., Б а л н о к и н а Ю.В., Электронно-микроскопическая характеристика энергетических центров табака в связи с иммунитетом к вирусу табачной мозаики. В сб.: Физиология и биохимия здорового и больного растения. М., 1970: 331-348.
Б у т о р я н у В.В. Особенности реакций растения-хозяина в ответ на вирусные инфекции. В сб.: Вирусные заболевания культурных растений Молдавии. Кишинев, 1984: 32-57.
97
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
20. Y l s t r a B., T a u r a e v A., M o r e n o R.M.B. e.a. Flavonols stimulate development,
germination and tube growth of tobacco pollen. Plant Physiol., 1992, 100(3): 902-907.
21. V o g t T., W o l l e n w e b e r E., T a y l o r L.R. The structural reguirements of flavonols that induce pollen germination of conditionally male fertile Petunia. Phytochemistry,
1995, 38(3): 589-592.
ФГОУ ВПО Башкирский государственный
университет,
Поступила в редакцию
25 июля 2006 года
450002 г. Уфа, ул. З. Валиди, 32,
e-mail: [email protected], [email protected]
DEVELOPMENT OF THE CUCUMBER PLANTS INFECTED BY TOBACCO
MOSAIC VIRUS AFTER THEIR TREATMENT BY FLAVONOID-BEARING
CONCENTRATES
O.E. Orazov, V.S. Nikitina
Summary
In the conditions of covered soil the authors studied the biological effect of flavonoidbearing concentrates (FBC) isolated from Geranium pratense L. on the development of cucumber
(Cucumis sativus L.) plants of the Izyashchnyi variety. It was revealed that root watering and leaf
sparge, especially, by FBC promote to inhibition of systemic infection into plants induced by ordinary strain of tobacco mosaic virus. The authors revealed also that healthy plants bear harvest sooner
than infected plants but untreated by FBC.
Новые книги
К а р т а ш е в а И.А. Сельскохозяйственная фитовирусология. Уч. пос. М.: изд-во
«Колос», 2007, 168 с.
Рассматриваются основные свойства вирусов, методы их диагностики, а
также таксономия фитовирусов. Описаны
вирусные болезни сельскохозяйственных
культур и мероприятия по борьбе с ними, а
также вирусные болезни наиболее распространенных декоративных цветочных растений. Книга предназначена для студентов
сельскохозяйственных ВУЗов агрономических специальностей, агрономов по защите
растений, специалистов-биологов.
Ч у л к и н а В.А., Т о р о п о в а Е.Ю.,
С т е ц о в Г.Я. Экологические основы интегрированной защиты растений. Учебник.
М.: изд-во «Колос», 2007, 568 с.
Изложены способы создания в
агроэкосистемах России условий, неблагоприятных для жизненного цикла вредных
организмов и благоприятных ? для роста и
развития растений. Задача решается на основе новой эволюционно-экологической
теории, методологии и практики систем интегрированной защиты растений разного
уровня сложности: от популяций вредных
организмов, групп экологических эквивалентов, сообществ агроэкосистем (поле, севооборот, агроландшафт). Представлен новый системно-экологический подход к решению проблем защиты растений как составной части экологичного рентабельного
растениеводства и устойчивого земледелия.
Перспективность возделывания бобовых
культур на орошаемых землях Нижнего
98
Поволжья. Сб. науч. тр. Волгоград: ВНИИОЗ,
2006, 218 с.
Представлены сведения о широких
возможностях и существенных преимуществах
возделывания бобовых культур на орошаемых
землях Нижнего Поволжья. Рассматриваются агроэкологические аспекты выращивания бобовых
культур в этих условиях. Обсуждаются методы
создания высокопродуктивного травостоя люцерны. Приведена хозяйственно-биологическая характеристика и описаны особенности выращивания растений люцерны сорта Талисман, а
также козлятника восточного при орошении.
Уделено внимание режиму орошения и оценке
суммарного водообеспечения растений клевера
лугового на орошаемых землях Нижнего Поволжья. Дана оценка влияния орошения и удобрений на динамику питательных веществ, протеина и энергетическую ценность биомассы клевера лугового, а также органо-минеральных удобрений и предпосевной обработки семян бишофитом на урожайность и биохимический состав растений эспарцета песчаного.
С о л о в ь е в А.В., М а л ь ц е в В.Ф., К аю м о в М.К. Технология производства продукции растениеводства. Ростов-на-Дону: изд-во
«Феникс», 2008, 601 с.
В учебнике рассматриваются технологии выращивания сельскохозяйственных культур; в модульно-блочной форме изложены требования к технологиям. Представлена классификация технологий, структура системообразующих
факторов. Описаны принципы разработки, составные звенья и сетевые графики технологий.
Книга предназначена для студентов сельскохозяйственных ВУЗов.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Биологические основы возделывания лекарственных растений
УДК 633+633.88]:631.5
ОПТИМИЗАЦИЯ АГРОТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПЛАНТАЦИЙ ЗОЛОТАРНИКА КАНАДСКОГО ПРИ СОВМЕСТНЫХ
ПОСЕВАХ С ОДНОЛЕТНИМИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ
КУЛЬТУРАМИ И РОМАШКОЙ АПТЕЧНОЙ В УСЛОВИЯХ
МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
В.И. СЕМЕНИХИН, И.Д. СЕМЕНИХИН
В полевых опытах 2004-2007 годов изучали возможность создания промышленной
плантации золотарника канадского (Solidago canadensis L.) подзимним посевом семян в монокультуре и совместных посевах. Показано, что лучшее укоренение золотарника происходит в совместных посевах с однолетними сельскохозяйственными культурами (викоовсяной смесью, люпином однолетним, озимыми пшеницей и ячменем) и ромашкой аптечной. Совместные посевы
обеспечивают более высокую прибыль по сравнению с чистыми (наибольшую ? посевы золотарника с ромашкой аптечной).
Ключевые слова: золотарник канадский (Solidago canadensis L.), чистые и совместные
посевы, трава обмолоченная, мочегонные средства, простатит.
Key words: Canadian goldenrod (Solidago canadensis L.), pure and combined crops,
trashed herb, diuretic, prostatitis.
Золотарник канадский (Solidago canadensis L.) ? многолетнее травянистое растение семейства Asteraceae (Compositae). В Канаде, США и
Мексике золотарник широко распространен как дикорастущая форма, в
Европе ? как возделываемая декоративная и одичалая. В СССР был введен в культуру в 1986 году (1), в 1991 году Фармакопейный комитет Министерства здравоохранения СССР признал золотарник канадский официнальным растением (2).
Товарным сырьем служит собранная в фазу массового цветения
надземная часть растений золотарника канадского (трава) (в воздушносухом состоянии). Экстракт золотарника входит в состав препаратов Марелин (Украина) и Фитолизин (Польша), применяемых в качестве спазмолитического, диуретического и противовоспалительного средства при лечении и профилактике оксалатного и уратного уролитиаза, а также препарата Простанорм (Россия), используемого при лечении простатита (3).
При создании на Украине промышленной плантации золотарника
канадского посевом семян непосредственно в поле был получен отрицательный результат (1).
В связи с возросшей потребностью в сырье золотарника после провозглашения суверенитета Украины возникла необходимость его введения
в культуру в Центральном регионе Нечерноземной зоны России.
В природных условиях заросли золотарника возникают в ценозах,
где большая часть местообитаний занята другими растениями, причем в
течение 2-3 лет он занимает доминирующее положение, вытесняя многие
местные виды. Учитывая это, мы приступили к изучению возможности создания промышленных плантаций золотарника при выращивании в чистых
и совместных широкорядных посевах с однолетними сельскохозяйственными культурами и ромашкой аптечной. Совместные посевы отличаются от
смешанных тем, что семена высеваемых культур перед посевом не смешиваются, а высеваются раздельно чередующимися рядками или полосами (4).
Известно, что для нормального развития лекарственных растений в
99
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
чистом широкорядном посеве многолетней культуры в 1-й год вегетации
необходимо не менее 4-5 культиваций междурядий и 2-3 рыхлений защитных зон с прополкой сорняков в рядках. В противном случае переходящая
плантация оказывается заросшей злостными сорняками.
Семянки с массой 1000 шт. 0,09-0,10 г содержат мало пластических
веществ, поэтому обеспечивают прорастание только с поверхности почвы
или относительно небольшой глубины (0,2-0,5 см). Оно происходит при
сравнительно высокой температуре (18-20 °С) и длится не менее 2-3 нед.
Проростки укореняются в течение 3-4 нед и более. В весенне-летний период, когда открытая поверхность почвы нагревается до 50 °С и выше при
критическом снижении влажности поверхностного слоя почвы (5 см), погибает до 99-100 % проростков, особенно в чистых ранневесенних посевах.
Предпосевная подготовка почвы и ранневесенний посев, как правило, на
1-2 нед отодвигают сроки укоренения проростков, кроме того, при такой
обработке иссушается верхний слой почвы, что неблагоприятно для культур, семена которых высеваются поверхностно или на глубину не более
0,5 см (особенно в их чистых ранневесенних посевах).
Целью наших исследований было получение посевов золотарника с
нормальной густотой стояния растений при совместном выращивании с
однолетней культурой в год создания промышленной плантации и снижение трудоемкости его возделывания.
Методика. Эксперименты выполняли в 2003-2007 годы по общепринятым методикам полевых 1-, 2- и 3-факторных опытов (5) и изучения
сезонного развития растений и растительных сообществ (6).
В 2003, 2004 и 2005 годах были заложены чистые и смешанные посевы золотарника в вариантах его подзимнего и ранневесеннего ежегодных высевов. Для получения смешанных посевов в варианте с подзимним
высевом золотарника к нему подсевали викоовсяную смесь, люпин безалкалоидный или ячмень (весной следующего года), озимую пшеницу (осенью того же года) и ромашку аптечную (сроки высева ромашки ? озимый
и подзимний того же года и ранневесенний на следующий год). В варианте с ранневесенним посевом золотарника перечисленные культуры высевали в те же сроки, то есть в результате три первые ? в один период с золотарником, озимую пшеницу ? осенью года, предшествующего году высева золотарника, ромашку аптечную ? также в предшествующую осень
(озимый и подзимний срок) или в ту же весну (ранневесенний срок). Перед высевом второй культуры смешанного посева проводили культивацию
незасеянных рядков (озимые посевы пшеницы и ромашки до высева золотарника хорошо раскустились).
В 2006 и 2007 годах в вариантах подзимнего и ранневесеннего ежегодных высевов золотарника были заложены его чистые посевы, а также
смешанные посевы с ромашкой аптечной (сроки высева ромашки ? озимый, подзимний и ранневесенний) сплошным и широкорядным методом.
В 2003-2004 годах площадь опытных делянок для посевов с однолетними культурами ? 30,00, для чистых посевов золотарника ? 8,64, в 20052007 ? соответственно 57,0 и 9,0 м2; повторность опытов ? 3-кратная.
Посев золотарника проводили сеялкой СО-4,2 (Россия), однолетних культур ? ручной сеялкой СР-1М (Россия) по маркеру.
Фенологические наблюдения и биометрическую оценку растений
выполняли на выделенных пробных площадках по 1 м двух смежных рядков при междурядьях 60 см (1,2 м2). Исходя из этого, определялись сроки
прохождения возрастных и фенологических фаз для установления оптимального срока уборки растений на лекарственное сырье. Кроме того, на
100
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
основании измерения высоты репродуктивных побегов и длины их части с
зелеными, а также отмирающими пожелтевшими и отмершими листьями
(по требованиям ФС 42-2777-91 допустимое содержание пожелтевших и
побуревших листьев в лекарственном сырье золотарника ? не более 10 %)
задавалась высота среза при механизированной уборке травы.
Посев в грунт проводился обмолоченным ворохом, освобожденным
от летучек ? смесью семян и трубчатых цветков (при примерно равной
массе разделить их имеющимися средствами очистки семян невозможно),
для улучшения сыпучести которой хорошим наполнителем оказались сухие мелкие опилки.
Норма высева на 1 га ? 6-8 кг вороха, смешанного с таким же количеством сухих опилок и гранулированных азотно-фосфорных удобрений. Для того чтобы посевная смесь была однородной, ее готовили непосредственно перед посевом.
Ранневесенние посевы однолетних культур проводили в междурядья золотарника в день их первой культивации («слепой шаровки») по оставшемуся следу трактора.
В год посева уход за растениями золотарника в монокультуре (контроль) заключался в 5 культивациях междурядий и 3 рыхлениях защитных
зон с прополкой сорняков в рядках, за совместными посевами (опыт) ?
проводился после уборки урожая однолетних культур и включал 2-3 культивации междурядий с внесением подкормки N20P20K20 в 1-ю или 2-ю. На
2-й год вегетации золотарника в контроле и опыте проводили ранневесеннее боронование (задержание влаги), подкормку (N20P20K20) при 1-й культивации междурядий и 1 рыхление защитных зон с прополкой сорняков в
рядках при 2-й (всего до 5 культиваций). С 3-го года выполняли только
ранневесеннее боронование посевов в два следа (удержание влаги) и 4-5
культиваций междурядий с подкормкой N30P30K30 при 1-й.
Данные обрабатывали методом дисперсионного анализа по Б.А. Доспехову (5).
Результаты. Подзимние посевы золотарника с викоовсяной смесью, люпином, ячменем и ромашкой аптечной ранневесеннего посева
обеспечивали требуемую густоту стояния растений (не менее 7-10 растений на 1 м рядка) и давали урожай сырья на второй год вегетации, ранневесенние (монокультура и совместные посевы) формировали изреженные
плантации и значительно зарастали сорняками. Поэтому в 2005-2007 проводили наблюдение только на подзимних посевах золотарника с ромашкой аптечной (при разных способах и сроках посева), а также с однолетними сельскохозяйственными культурами ? викоовсяной смесью, люпином безалкалоидным, ячменем и озимой пшеницей.
Отметим, что к строго совместным относились посевы, которые
проводились в одни и те же календарные сроки (подзимние посевы ромашки аптечной с подзимними посевами золотарника). Остальные посевы
(озимая пшеница, ромашка озимого срока высева, а также ранневесенние
посевы викоовсяной смеси, люпина, ячменя и ромашки с подзимним посевом золотарника) точнее было бы называть совмещенными.
Однолетнюю культуру, как оказалось, предпочтительнее высевать
первой. Выполняя посев однолетней культуры для подзимнего посева золотарника, оставляют незасеянным каждый 3-й рядок при междурядьях 45
см и каждый 4-й ? при междурядьях 60 см. Кроме того, озимые культуры
можно высевать в оптимальные для них сроки (с III декады августа до 5
сентября) сплошным способом, проводя их букетировку (букет ? 35-40
см, вырез ? 25-20 см) после укоренения всходов озимых и засевая в выре101
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
зы золотарник при наступлении устойчивых осенних заморозков.
В период укоренения и кущения однолетней озимой культуры рядок, оставленный для подзимнего посева золотарника, а также вырезы от
букетировки озимых, желательно освободить от отрастающих осенью сорняков повторной культивацией.
За полный цикл онтогенеза доминирующей в агроценозе однолетней культуры растения золотарника, как правило, достигали ювенильной
фазы, занимая нижний ярус агроценоза. Уход за растениями золотарника
начинался после полной уборки однолетней культуры и заключался в 2-3кратной культивации междурядий с локальным внесением полного минерального удобрения при 1-й.
1. Урожайность и стоимость урожая зерна однолетних сельскохозяйственных
культур в совместных посевах с золотарником канадским в разные годы
наблюдений (Всероссийский НИИ лекарственных и ароматических растений, г. Москва)
Культура
Викоовсяная смесь
Люпин безалкалоидный
Озимая пшеница
Ячмень
НСР05
Урожайность, ц/га
по годам
средняя
2004
2005
23,7
12,7
22,7
24,3
4,5
25,1
15,5
23,5
19,0
4,7
24,4
14,1
23,1
21,7
Стоимость урожая, тыс. руб.
по годам
средняя
2004
2005
29,6
25,4
15,9
12,2
31,4
31,0
16,5
9,5
30,5
28,2
16,2
10,8
Урожайность зерна однолетних культур в совместных посевах с золотарником в первый год была сравнительно высокой (табл. 1); при этом
всходы золотарника хорошо укоренялись, а развитие его растений завершалось на виргинильном этапе онтогенеза.
2. Урожайность и средняя стоимость урожая цветков (соцветий) при разных
способах и сроках посева ромашки аптечной в разные годы наблюдений
(Всероссийский НИИ лекарственных и ароматических растений, г.
Москва)
Способ и срок посева
2004
Озимый чистый
Озимый с золотарником
Подзимний с золотарником
Весенний с золотарником
НСР05 по варианту
Озимый чистый
Озимый с золотарником
Подзимний с золотарником
Весенний с золотарником
НСР05 по варианту
НСР05 по двум вариантам
Урожайность, ц/га
по годам
2005
2006
2007
Широкорядный
4,3
5,1
5,9
4,3
5,1
5,9
4,1
5,5
5,1
3,9
5,8
6,2
посев
5,8
5,9
4,0
4,2
0,6
Сплошной посев
6,9
6,7
9,1
7,2
6,6
7,1
9,3
7,5
6,5
5,5
6,8
3,9
4,9
4,7
6,0
3,6
0,8
1,1
средняя
Средняя стоимость
урожая, тыс. руб.
5,3
5,3
4,7
5,0
47,6
47,6
42,2
45,4
7,6
5,9
4,8
4,8
68,7
51,1
43,6
43,4
Чистые посевы золотарника при своевременных культивациях междурядий и рыхлениях защитных зон с прополкой сорняков в рядках в год
посева обеспечивали урожайность до 5 ц/га. Однако появление и укоренение проростков здесь происходило только на участках микрорельефа, где
весной долго сохранялся влажный верхний слой почвы. В результате растения в посеве распределялись неравномерно. Густоту чистого посева
можно корректировать подсадкой растений или частей их корневищ с
корнями, взятых с загущенных участков. Такую подсадку можно начинать
на второй и завершать на третий год вегетации, что, однако, связано с
большими затратами ручного труда. В совместных посевах золотарника с
102
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
однолетними сельскохозяйственными культурами и ромашкой аптечной
густота стояния растений была более выравненной и подсадка не требовалась. Однако лекарственное сырье (траву золотарника) с совместных посевов получали только со второго года.
Ромашка аптечная в совместном посеве с золотарником канадским,
как и однолетние сельскохозяйственные культуры, давала экономически
оправданные урожаи (табл. 2).
Величина и стоимость урожая лекарственного сырья ромашки аптечной в совместных посевах с золотарником были сравнительно высокими
и зависели только от способа и сроков посева. Качество лекарственного сырья ромашки также было высоким и отвечало технологическим требованиям.
Снижение затрат на выращивание золотарника в совместных посевах по сравнению с чистыми происходило за счет сокращения расходов на
основную обработку почвы (одна обработка под две культуры ? однолетнюю и золотарник), уход за совместными посевами золотарника в год посева (2 культивации междурядий против 5 в чистых посевах) и подсадку
выпавших растений в чистых посевах на второй и третий годы вегетации.
Урожай однолетней культуры в год посева частично окупал расходы на
создание плантации золотарника (табл. 3).
При сложившихся рыночных ценах прибыль от производства зерна
ячменя и озимой пшеницы с 1 га, рассчитанная по типовым технологическим картам, составляет 2-5 тыс. руб., зернобобовых ? до 10 тыс. руб. То
есть совместные посевы золотарника с однолетними сельскохозяйственными культурами, обеспечивая сокращение затрат труда и денежных средств
(более чем на 25 тыс. руб/га, см. табл. 3), полностью окупают затраты на
создание его промышленных плантаций.
3. Снижение планируемых затрат на создание промышленной плантации золотарника канадского в совместных посевах (среднее по филиалам Всероссийского НИИ лекарственных и ароматических растений)
Расходы, тыс. руб/га
эксплуатацион- всего, включая
зарплата
ные + материалы 10 % инфляцию
Сокращаемая технологическая
операция
Затраты труда,
чел.?ч?га?1
Основная обработка почвы
Первое рыхление защитных зон
с прополкой сорняков в рядках
Второе рыхление защитных зон
с прополкой сорняков в рядках
Две культивации междурядий
Подсадка выпавших растений
(25 %, или 30000 шт.)
Всего
2,3
105,0
219,2
341,1
133,3
4000,0
8727,4
9600,0
100,0
1,1
3000,0
56,5
6545,6
103,1
7200,1
113,4
30,0
266,7
7500,0
14661,5
7500,0
23095,3
8250,0
25504,6
Средняя стоимость урожая цветков ромашки, полученного с 1 га
при разных способах и сроках посева, составляла 42,2-68,7 тыс. руб. при
средней себестоимости производства 16,3-20,5 тыс. руб. При отмеченной
экономии 25 тыс. руб. совместные посевы золотарника с ромашкой аптечной обеспечивают значительную прибыль уже в год посева.
В 2007 году мы получили 4-й, 3-й, 2-й и 1-й урожай зеленой массы
золотарника в чистых и совместных посевах соответственно первого, второго, третьего и четвертого года вегетации. Из высушенной травы обмолотом
удаляли большую часть крупных стеблей, содержащих не более 0,2 % флавоноидов, в результате чего получали лекарственное сырье с суммарным содержанием флавоноидов 4,3-4,5 % при требованиях не менее 3,0 % (табл. 4).
В совместных посевах с однолетними сельскохозяйственными
культурами золотарник уже на второй год вегетации давал урожаи лекарственного сырья, близкие по величине и качеству к таковым чистых посе103
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
вов. На третий?четвертый год вегетации золотарника в некоторых вариантах совместных посевов его урожайность была выше, чем в чистом посеве.
4. Урожайность зеленой массы золотарника канадского (после обмолота,
ц/га) в чистых и совместных посевах с однолетними сельскохозяйственными культурами и ромашкой аптечной, заложенных в разные годы (Всероссийский НИИ лекарственных и ароматических растений, г. Москва)
Вариант
1 год
Возраст плантации
2 года
3 года
4 года
Золотарник, монокультура
1,35
24,20
42,40
Золотарник с викоовсяной смесью
0 (24,40)
18,50
33,30
Золотарник с люпином безалкалоидным
0 (14,10)
16,70
27,30
Золотарник с озимой пшеницей
0 (23,10)
22,30
48,60
Золотарник с ячменем
0 (21,70)
18,30
36,20
Золотарник с озимой ромашкой аптечной:
сплошной посев
0 (7,46)
22,40
40,30
широкорядный посев
0 (5,29)
24,10
40,80
Золотарник с подзимней ромашкой аптечной:
сплошной посев
0 (5,68)
24,70
34,20
широкорядный посев
0 (4,69)
25,30
36,00
Золотарник с ромашкой аптечной:
ранневесенний, сплошной посев
0 (4,85)
22,60
38,70
широкорядный посев
0 (5,04)
24,30
35,30
0,56
4,60
3,50
НСР05
П р и м е ч а н и е. В скобках приведены показатели для однолетней культуры.
Всего
51,40
40,80
48,00
53,00
55,30
119,35
92,68 (24,40)
92,00 (14,10)
123,90 (23,10)
109,80 (21,70)
53,30
54,30
116,00 (7,46)
119,20 (5,29)
45,90
46,50
104,80 (5,68)
107,80 (4,69)
42,10
43,50
4,14
103,40 (4,85)
103,10 (5,04)
Утверждение, что золотарник канадский как агрессивный вид легко
внедряется в природные фитоценозы, дискуссионно. Действительно, одно
хорошо развитое 3-5-летнее растение способно образовать 500 тыс. и более
зрелых семян, легко распространяемых ветром. Однако в ВИЛАР (исследования, проводимые с 1980-х годов) создание многолетних плантаций золотарника, насчитывающих тысячи развитых растений, несмотря на его очень
высокую семенную продуктивность, не привело к засорению полей опытного севооборота. По мнению ученых-ресурсоведов ВИЛАР, золотарник канадский ? рудеральный вид и внедряется лишь в нарушенные фитоценозы,
а его сравнительно легкая натурализация в различных регионах России и
ближнего зарубежья определяется тем, что природно-климатические условия этих регионов и родины золотарника ? Канады сходны.
Таким образом, создание промышленных плантаций золотарника в
Московской области можно проводить только при подзимнем посеве его
семян и семян изученных однолетних культур (викоовсяная смесь, люпин
безалкалоидный, пшеница и ячмень озимые, ромашка аптечная). В таких
посевах происходит лучшее укоренение всходов и обеспечивается требуемая
густота стояния растений золотарника ? не менее 7-10 растений на 1 м
рядка. Чистые подзимние посевы золотарника чаще получаются изреженными и требуют подсадки растений, особенно при высоких температурах в
период появления и укоренения всходов (III декада апреля?I декада мая).
Технологически проще, если сроки посева золотарника и однолетней
культуры не совпадают (подзимний посев золотарника с озимой пшеницей и ромашкой озимого срока высева, а также подзимний посев золотарника с ранневесенними посевами сельскохозяйственных культур или ромашки). Совместные посевы золотарника с однолетними культурами обеспечивают более высокую прибыль по сравнению с монокультурой (наибольшую ? в варианте с ромашкой аптечной).
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
104
Рекомендации по возделыванию золотарника канадского в условиях Украины. М., 1986.
Фармакопейная статья «Трава золотарника канадского (Herba Solidaginis canadensis)», ФС
42-2777-91 (взамен ТУ 64-4-58-83). М., 1991.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
3.
4.
5.
6.
Атлас лекарственных растений России. Золотарник канадский. М., 2006: 126-127.
П о с ы п а н о в Г.С. Теоретические основы совместимости компонентов в смешанных
и совместных посевах полевых культур. М., 1985.
Д о с п е х о в Б.А. Методика полевого опыта. М., 1973.
Б е й д е м а н Д.Н. Методика изучения фенологии растений и растительных сообществ. Новосибирск, 1974.
ГУ Всероссийский НИИ лекарственных
и ароматических растений,
Поступила в редакцию
30 июля 2008 года
117216 г. Москва, ул. Грина, 7,
e-mail: [email protected]
OPTIMIZATION OF AGROTECHNOLOGY OF CREATION OF COMMERCIAL
PLANTATION OF CANADIAN GOLDENROD (Solidago canadensis L.) DURING
COMBINED SOWING WITH ANNUAL AGRICULTURAL CULTURES AND
CAMOMILE IN THE CONDITIONS OF MOSCOW OBLAST?
V.I. Semenikhin, I.D. Semenikhin
Summary
A possibility of creation of the commercial plantation of Canadian goldenrod (Solidago
canadensis L.) by early winter seeds sowing in a soil is proved in the field experiments in 2004-2007.
The best rooting takes place in the combined sowing with annual agricultural cultures (vetch and
oats, white lupine, winter wheat and barley) and camomile. Combined crops of goldenrod give
higher profit in comparison with its pure crops. The highest profit is provided in combined crops of
Canadian goldenrod with a camomile.
Научные собрания
IX МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«БИОЛОГИЯ КЛЕТОК РАСТЕНИЙ in vitro И БИОТЕХНОЛОГИЯ»
(8-12 сентября 2008 года, г. Звенигород)
Научная программа конференции включала работу следующих секций: физиологические и молекулярно-биологические особенности культивируемых in vitro клеток растений;
вторичный метаболизм в клетках in vitro: аналитические и фармакологические аспекты; регуляция морфогенеза клеток растений in vitro; коллекции культур клеток и тканей растений и
методы сохранения генофонда; производство биологически активных веществ с использованием клеточных технологий; клеточная селекция и соматическая гибридизация; генетически
трансформированные изолированные органы и растения; растения, свободные от болезней, и
микроклональное размножение. В конференции участвовали ученые из России, Украины, Беларуси, Казахстана, Южной Кореи, Австрии, Польши и Греции. Россию представляли специалисты из 16 городов. Прошло заседание круглого стола «Коммерциализация биотехнологических разработок: технологические, правовые и финансовые проблемы».
Темами докладов были экспрессия кальций-зависимых протеинкиназ в rolB-трансгенных клетках винограда, модификация полисахаридов в каллусных культурах в присутствии
карбогидролаз, системы культивирования каллусов пшеницы с возбудителями головни для
скрининга соединений-протекторов, механизмы адаптации к окислительному стрессу морфогенных и неморфогенных культур. Обсуждались результаты фитохимических исследований
культур клеток видов тиса (источника эффективных противоопухолевых средств ? таксоидов), использование культур клеток высших растений для получения вторичных метаболитов,
лекарственных и косметических препаратов, БАДов, современные аналитические методы, используемые в биотехнологии и медицине. Большое внимание было уделено вопросам регенерации растений из культивируемых пыльников и микроспор, гормональной регуляции морфогенеза, развитию андрогенетических и зиготических зародышей. В сообщениях, посвященных генетическому контролю морфогенеза, рассматривалась роль различных генов в регуляции соматического эмбриогенеза и органогенеза. Были приведены данные об оптимизации условий получения сомаклональных вариантов, трансгенных растений и отдаленных гибридов, отражена
роль биотехнологии в сохранении биоразнообразия, оздоровления растений. Рассматривалось
действие стрессовых факторов и механизмы стресс-реакции клеток, подходы для повышения
продуктивности и устойчивости растений. Отмечалось, что в последние годы интерес исследователей в значительной степени сместился к генетической инженерии. Была предложена новая
система отбора трансформированных растений на основании мутантных генов тубулинов. Весомым вкладом биотехнологии в селекцию растений можно считать создание новых сортов
сельскохозяйственных культур (одного сорта моркови и двух ? малины).
Конференция показала, что клеточная биология высших растений in vitro в настоящее время представляет собой стабильно развивающуюся область физиологии растений.
www.ippras.ru
105
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
УДК 633.88:581.144:615.32
НАКОПЛЕНИЕ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ ЭКДИСТЕРОИДОВ
В ЛЕКАРСТВЕННОМ СЫРЬЕ ЛЕВЗЕИ САФЛОРОВИДНОЙ*
Н.П. ТИМОФЕЕВ
В условиях европейского Севера в течение 17-летнего жизненного цикла агропопуляции
изучали продуктивное долголетие в связи с накоплением действующих веществ и изменением качества лекарственного сырья левзеи сафлоровидной (Rhaponticum carthamoides). Установлено,
что основой потенциала продуктивного долголетия вида служит система вегетативных полициклических побегов. Накопление экдистероидов в онтогенезе положительно коррелирует с величиной продуктивности надземных органов, минимальные значения во время вегетации совпадают с
наступлением засушливых условий. Динамика содержания экдистероидов в отдельных элементах
и фракциях фитомассы согласуется с процессом формирования побегов, при котором происходит
перераспределение биологически активных веществ от старых в пользу растущих и развивающихся органов.
Ключевые слова: левзея сафлоровидная, развитие в онтогенезе, продуктивность, качество лекарственного сырья, содержание экдистероидов, 20-гидроксиэкдизон.
Key words: Rhaponticum carthamoides, development in ontogenesis, productivity, medicinal
raw material, contents ecdysteroids, 20-hydroxyecdysone.
Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin (синонимы: Leuzea carthamoides DC., левзея сафлоровидная, рапонтикум, большеголовник альпийский, маралий корень) ? многолетний, быстрорастущий вид сем. Asteraceae (Compositae). R. carthamoides и препараты на его основе включены в
Государственную фармакопею СССР, Российской Федерации, а также в
Государственный реестр лекарственных средств России (1, 2). Вид интродуцирован из высокогорной зоны субальпийского пояса (1200-2700 м над
уровнем моря); характеризуется длительностью жизненного цикла, нетребователен к почвенным условиям (3), относится к реликтам плейстоценового
флористического комплекса, обладающим специфической формой вторичного метаболизма, который сопровождается биосинтезом фитоэкдистероидов, обусловливающих биологическую активность (4, 5).
Согласно санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам
Российской Федерации (СанПиН 2.3.2.2351-08), с 1 мая 2008 года разрешено
использовать все части R. carthamoides (корни, корневища, стебли, листья и
соцветия), их экстракты и продукты переработки в составе фармпрепаратов,
одно- и многокомпонентных биологически активных добавок к пище (без
ограничений, установленных для других 16 видов растительных адаптогенов).
Из действующих веществ в лекарственном сырье содержание мажорного (основного на 95-98 % по массовой доле) экдистероида 20-гидроксиэкдизона
(20Е) должно быть не менее 0,1 % в расчете на сухое вещество (6).
Недостатки использования корневищ ? невозобновляемость источника сырья после заготовки, сложность и трудоемкость операций по
уборке, очистке, сушке и хранению. Кроме того, подземные органы характеризуются низким содержанием действующих веществ по сравнению с
листовой частью (7) и их большими потерями при хранении и переработке
(8). В листьях может накапливаться до 40 % экстрактивных веществ по
сравнению с 13 % в подземных органах (6).
Проблема технологии производства растительного сырья из надземной фитомассы экдистероидсодержащих видов заключается в неравномерности распределения действующих веществ по органам (9, 10), поскольку
*
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Администрации Архангельской области и
РФФИ (гранты № 03-04-96147, № 08-04-98840).
106
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
синтез органического вещества и накопление вторичных метаболитов в лекарственных растениях весьма сложно скоррелированы с развитием в онтогенезе и ростом в течение вегетационного периода (11). Целью работы было
изучение морфофизиологических и биохимических характеристик различных
элементов в структуре фитомассы лекарственного сырья и их фракций.
Методика. Исследования выполняли на юго-востоке Архангельской области, в подзоне средней тайги (г. Котлас-Коряжма; географические координаты ? 61°20?? с.ш., 47° в.д.) в 1989-2006 годах на двух разновозрастных (12 и 17 лет) агропопуляциях R. carthamoides (площадь соответственно 1 и 3 га, единый земельный массив). Агропопуляции представлены
моноэдификаторными ценозами семенного происхождения. Первая заложена в 1989 году семенами, полученными из Коми НЦ УрО РАН, вторая ?
в 1994 году семенами собственного производства. Густота всходов ? 96-121,
плотность с 3-го по 10-й год ? 27-23, с 13-го по 17-й ? 16-14 тыс. экз/га.
Предшественниками в севообороте были картофель, однолетние и
зерновые культуры. Предпосевная обработка почвы включала вспашку на
глубину 22-25 см, дискование и 2-кратную культивацию с одновременным
боронованием. Перед посевом участок прикатывали. Посев подзимний с
междурядьями 70 см, в середине октября, четырехрядной овощной сеялкой СОН-2.8 (Россия). Норма высева семян ? 2,2-2,7 кг/га при полевой
всхожести 58-66 %, глубина заделки ? 2-3 см. Минеральные удобрения
(NPK60-90) вносили только в первые три года после посева; далее удобрения, химические средства защиты и регуляторы роста растений не применяли. Для отбора модельных растений ежегодно в начале фазы отрастания
закладывали учетные площадки. Делянки (60-80 м2 каждая) размещали по
двум диагоналям поля в 5-6-кратной повторности по трансектам. Изъятие
образцов надземной биомассы проводили в фазы бутонизации и цветения (I
и III декада июня), массовое отчуждение (силосная масса) ? начиная с 4-го
года однократно после фазы плодоношения (III декада июля?I декада августа), выкопку корневищ ? осенью, после завершения вегетации (октябрь).
Рельеф местности слабоволнистый повышенный, почвы супесчаные, дерново-среднеподзолистые, сформированы на двучленных отложениях. Верхний горизонт (0-28 см) ? частицы песка, с глубины 70-85 см
преобладает среднесуглинистая фракция. По комплексу агрохимических
показателей почва участка относится к высокоокультуренным минеральным (почвенные пробы исследовали общепринятыми методами в ФГУ
«Агрохимцентр Кировский», г. Киров). Содержание гумуса в пахотном
слое 3,6; органического вещества ? 3,1 %. Кислотность корнеобитаемого
слоя оптимальная (pHKCl обменная 6,4-6,5; pH гидролитическая 0,7 мг-экв);
насыщенность основаниями высокая (12,4 мг-экв, или 93,5 %). По элементам питания обеспеченность фосфором высокая (P2O5 подвижный, 31,2
мг/100 г почвы), калием средняя (K2O подвижный, 9,6 мг/100 г); содержание Ca ? 6,4, Mg ? 1,0 мг-экв/100 г.
Особенности климата, средняя температура воздуха и почвы описаны в литературе (12, 13). Продолжительность светлого времени суток в
начале отрастания R. carthamoides (I декада мая) ? 16-17 ч, во время цветения (во II-III декаде июня) ? 20 ч. Влажность почвы определяли в корнеобитаемом слое популяций в течение четырех вегетационных периодов
(2000-2003 годы). Образцы отбирали по диагонали исследуемого участка в
6-10 точках на глубину пахотного слоя 22-25 см, формировали среднюю
пробу, в течение 7-10 сут доводили до воздушно-сухого состояния при
комнатной температуре, затем досушивали при 130 °С в течение 30 мин
для удаления гигроскопической влаги.
Изучение онтогенеза растений и его периодизацию проводили по
107
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
Т.А. Работнову (14) и Л.Б. Заугольновой с соавт. (15). Возрастные состояния учитывали по доминирующей группе особей. Выделяли виргинильный
(прегенеративный), генеративный и сенильный (постгенеративный) периоды онтогенеза. В виргинильный период выделяли следующие возрастные
состояния: проростки (p), ювенильные (j ), имматурные (im) и взрослые
вегетативные растения (v ), в генеративном ? молодые (g1), средневозрастные (g2 ) и старые генеративные растения (g3 ), в сенильном ? субсенильное возрастное состояние (ss). Календарный (абсолютный) возраст популяций отсчитывался со времени появления всходов.
В прегенеративный период индикаторными признаками возрастных
состояний служили: для ювенильного ? формирование зародышевого розеточного побега со стеблекорнем, для имматурного ? кущение вегетативных
побегов и формирование корневища, для виргинильного ? развитие системы вегетативных побегов, отсутствие плодоношения. Критерии молодого
генеративного состояния: формирование репродуктивных побегов, слабое
плодоношение, отсутствие признаков отмирания корневища; взрослого ?
относительный максимум числа репродуктивных побегов, высокая интенсивность роста и плодоношения, уравновешенность процессов новообразования и отмирания; старого ? резкое снижение доли репродуктивных побегов, ослабленный рост, неполноценность и периодичность плодоношения,
преобладание процессов отмирания корневища. В постгенеративный период субсенильное возрастное состояние различали по отсутствию генеративных побегов у большинства особей, резкому снижению качества плодоношения и числа почек возобновления, а также партикуляции корневища
(распаду материнской особи на дочерние).
Фенологические наблюдения проводили в соответствии с методическими указаниями (16). Отмечали даты наступления и завершения следующих фаз: в цикле вегетативных (розеточных) побегов ? отрастания, вегетации, отмирания и покоя; в цикле репродуктивных (генеративных) побегов ?
начала отрастания, бутонизации, начала цветения, массового цветения,
плодоношения, отмирания. Периодичность наблюдений составляла: до фазы бутонизации ? 3-4, цветения и плодоношения ? 2 раза в неделю.
Оценку динамики среднесуточного роста побегов выполняли с интервалом
5-6 сут на 15-20 типичных, случайно выбранных на каждую дату особях.
Динамику роста учитывали, исходя из высоты наиболее развитых побегов
растения, от уровня почвы до верхушки побега в выпрямленном виде. Ширину листовой пластинки измеряли в самом широком месте, распрямив
лист. В развитии побегов отмечали развертывание, взросление, старение и
отмирание листовых органов, исходя из характера листосложения, активности функционирования и степени разрушенности листовой пластинки.
Для определения биологического возраста в онтогенезе и величины
фитомассы в агропопуляции на 1-2-й год жизни с учетных площадок отбирали 18-20 случайно выбранных особей с корневой системой, на 3-4-й
год ? 8-10; на 6-9-й ? 6; на 10-13-й ? 5; на 14-17-й ? 4. Продуктивность
рассчитывали на основе первичного анализа морфологической структуры
надземных и подземных органов. Для изучения содержания экдистероидов
в различных органах растений, элементах и фракциях фитомассы на 6-8-м
году жизни (взрослое генеративное состояние) из агроценоза отбирали по
6-10 типичных особей, надземную часть которых срезали на уровне почвы.
В надземной фитомассе выделяли морфологически разнородные
органы (17) ? укороченные вегетативные (розеточные) и стеблевые генеративные (репродуктивные) побеги; среди розеточных и стеблевых листьев
различали разновозрастные фракции (18). В каждой выборке исследовали
275-300 вегетативных побегов, содержащих 1100-1500 розеточных листьев,
108
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
и 30-35 генеративных побегов со 750-1000 стеблевых листьев. Листовые
органы относили к отдельным фракциям, исходя из физиологического
возраста и состояния (размеры, опушенность, окраска, цельность листовой пластинки). В составе генеративных побегов идентифицировали: стебли, стеблевые листья разного физиологического возраста (верхние молодые, средние взрослые и нижние старые) и соцветие, вегетативных ?
фракции молодых, взрослых и старых листьев. У стеблей дополнительно
выделяли апикальную (прицветную), верхнюю, среднюю и нижнюю (базипетальную) часть; у соцветий ? цветоложе и семена.
Растительный материал (органы, элементы и фракции) сушили при
переменной температуре от 23-25 до 35-40 °С и относительной влажности
воздуха 25-40 % в соответствии с правилами по заготовке и сушке лекарственного сырья (19). Остаточная влажность воздушно-сухого сырья, определенная методом ускоренной сушки при 130 °С (20), составляла 10-12 %.
Образцы из воздушно-сухого сырья для определения концентрации экдистероидов формировали методом квартования. До анализа их хранили в
полиэтиленовых пакетах при комнатной температуре 3-5 мес.
Изменчивость содержания экдистероидов в различных элементах
лекарственного сырья отслеживали в фазы бутонизации и цветения, в онтогенезе агропопуляции ? по возрастным периодам и состояниям, в сезонном цикле развития ? со времени весеннего отрастания до фазы покоя осенью. Объектами служили элементы ? концентраторы экдистероидов: листовые пластинки вегетативных побегов и апикальные части генеративных побегов, представленные цветоложем и семенами. Образцы вегетативных побегов отбирали в разные фазы развития от 20-25 растений (по
2 розеточных листа), генеративных (семена) ? во время фазы плодоношения (от урожая соцветий массового сбора).
Содержание экдистероидов в сухих образцах определяли методом
обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФВЭЖХ) с компьютерной обработкой данных по методу внутреннего стандарта (21); анализы выполнены в лаборатории биохимии и биотехнологии
растений (1992-2000 годы) и биохимической лаборатории Ботанического сада (2001-2006 годы) Института биологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар). Использовали жидкостный микроколоночный хроматограф «Милихром-5-3» (колонка 80Ч2 мм, сорбент Nucleosil C18 с размером частиц 5
мкм) (ООО «Медикант», Россия); элюент ? смесь вода:этанол:бутанол
(75:24,2:0,8), скорость элюции ? 100 мкл/мин, УФ-детектор (? = 242 нм).
Учитывали средние значения 2 биологических и 3 аналитических повторностей (% от воздушно-сухого вещества).
Математическую обработку показателей проводили стандартными
методами вариационной и корреляционной статистики с помощью модуля
Statistica программы Excel 2003. Использовали параметры генеральной (по
результатам сплошного учета) и выборочной совокупности. Для исключения систематических погрешностей с краевых участков агроценоза образцы не отбирали, поверхностные слои отбираемых проб не анализировали;
данные по единичным экземплярам, по виду отличающимся от нормальных, при обработке не учитывали; к остаточному материалу и типичным
особям применяли метод случайной выборки.
Результаты. Р а з в и т и е п о б е г о в в о н т о г е н е з е. В е г ет а т и в н ы е п о б е г и. Продолжительность жизненного цикла агропопуляции R. carthamoides на супесчаных почвах составляет более 17 лет
(прегенеративный период ? с 1-го по 3-й год жизни). При подзимних
сроках посева первые проростки появлялись через 5-7 сут после схода
снежного покрова. Основная масса семян всходит в течение 2 нед в I декаде мая. В состоянии проростков особи находились 25-30 сут (средняя
109
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
масса 2 семядолей ? 13,3 мг, что примерно соответствует массе высеянных семян). После перехода в ювенильное возрастное состояние в течение
30-40 сут формировался розеточный побег из 5-7 настоящих листьев, в зоне гипокотиля которого закладывались почки возобновления.
После отмирания первых листьев из их основания начинался рост пазушных почек (их число примерно соответствует числу отмерших за вегетацию листьев). Развития пазушных почек в боковые побеги на 1-м году жизни
не происходило из-за короткого вегетационного периода (у единичных растений 1-2 почки успевают дать самостоятельные побеги обогащения).
Фаза кущения у имматурных растений начиналась весной следующего года (в конце апреля?начале мая). При этом зимующая терминальная почка укороченного побега трогалась в рост и формировала новую,
вторичную розетку. Через 7-10 сут начиналось развертывание наиболее
зрелых пазушных почек, которые образуют побеги 2-го порядка. Процесс
развития боковых побегов полностью повторял развитие материнского побега и длился до поздней осени, а из пазух отмирающих листьев начинали
расти почки побегов следующего, 3-го порядка. Все пазушные почки
прошлогодней закладки (4,1 шт/растение) на 2-м году постепенно достигали стадии зрелости и формировали вегетативные побеги.
Каждый розеточный лист проходил пять фаз развития: выдвижение
из почки за счет интеркалярного роста черешков с белесо опушенной,
свернутой в трубочку листовой пластинкой; разворачивание листовой пластинки, приобретение светло-зеленой окраски, интенсивный рост; достижение зрелости с прекращением роста и приобретением темно-зеленой
окраски; постепенное старение листовой пластинки, приобретающей желто-зеленый оттенок, и засыхание верхушечной части; побурение и отмирание листа с засыханием, скручиванием листовой пластинки к средней
жилке и основанию черешков.
Таким образом, в имматурном возрастном состоянии наблюдается
ветвление главного розеточного побега на боковые (процесс кущения), развитие которых происходит одновременно с осевым, но со сдвигом календарного срока развертывания из почки. С начала сентября отрастание новых листьев и их рост замедляются, а после начала постоянных заморозков
надземные побеги отмирают и все растительные остатки переходят в опад.
Взрослые вегетативные растения (виргинильное возрастное состояние) в начале 3-го года жизни характеризовались наличием 3-порядковой
системы побегов. Побеги 1-го зародышевого порядка (у 43 % особей) в
третий раз формируют вегетативную розетку. Цикл моноподиального нарастания осей 1-го порядка может повторяться и на 4-5-й сезон вегетации,
пока побеги не достигнут генеративного состояния, то есть для них характерна полицикличность. Число органов растений последовательно увеличивалось по годам жизни, составляя соответственно 1,0; 2,8 и 5,7 для вегетативных побегов, 9,6; 12,3 и 23,7 ? для розеточных листьев. Высота побегов
увеличивается с 21,1 до 58,3 см, надземная фитомасса ? с 0,42 до 16,4 г.
C 4-го по 12-й год жизни у большинства особей длится генеративный
период (4-5-й годы жизни ? молодое, 6-8-й ? зрелое, 9-12-й ? старое генеративное возрастное состояние). Надземная часть растений при этом представлена сложной системой побегов. По способу нарастания в ней одновременно присутствовали моно-, ди- и полициклические побеги; по функциональной роли ? укороченные вегетативные (розеточные) и удлиненные
генеративные (стеблевые). По долевому участию преобладают моноподиально нарастающие полициклические побеги, разветвленные на 2-3 порядка
и несущие до 20-25 листьев по сравнению с 9-12 у дициклических.
В зоне сближенных междоузлий вегетативных побегов непрерывно
110
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
шт/растение
закладывались пазушные почки, из которых в последующий год развивались побеги младшего порядка. Число побегов на 4-й год по сравнению с
3-м утроилось, надземная масса ? возросла в 3,5 раза (56,8 против 16,4 г).
На 5-м году вегетативная сфера состояла из 35,4 побегов и 198,6 розеточных
листьев (общая фитомасса ? 210,7 г), высота побегов достигала 89,8 см (вегетативные) и 114,0 см (генеративные).
На 6-7-м году жизни
среднестатистические особи достигали максимума количественных показателей развития
в онтогенезе (рис. 1) (надземная фитомасса ? 354,0 г, число побегов ? 60,8, при ширине листовой пластинки 28-38
см средняя высота у вегетативных побегов 119,1, генеративных ? 143,1 см). Переход
от зрелого к старому генеративному возрастному состоянию (8-й год жизни) сопровождался снижением фитомассы
Биологический
до 282,3 г (на 20 %), числа поРис. 1. Продуктивность фитомассы и формирова-ние
бегов до 52,0 шт. У старых геразвитых репродуктивных органов у растений
неративных растений на 9-12-м
Rhaponticum carthamoides в онтогенезе: 1 ? сухая
году наблюдали начало дезинмасса надземной части, 2 ? число соцветий на
теграционных процессов: в перрастении; R2 ? соответствующая величина достоверности (Архангельская обл., подзона средней тайвичном центре и боковых ветги; 1990-2006 годы). Обозначение возраста растений
вях корневища образовывались
см. в разделе «Методика».
зоны отмерших тканей. Как
следствие, возрастало число побегов, отмерших за вегетационный период,
и перестало увеличиваться число пазушных почек. Среднее число розеточных листьев на 1 побег в период с 6-го по 9-й год снижалось с 6,5 до
3,9 шт., величина фитомассы ? на 41,2 % и составляла 208,7 г.
Сенильный период в целом по агропопуляции с 13-го по 17-й год
жизни растения не наблюдали ? большинство особей находилось в субсенильном возрастном состоянии. У стареющих растений продолжались дезинтеграционные процессы ? общая численность побегов уменьшалась до
24,3-26,0 шт., высота вегетативных побегов ? до 71,3-78,6 см, генеративных ? до 119,6-120,8 см. Фитомасса составляла 95,1-118,0 г на 1 особь и
была близка к показателям молодых генеративных растений.
Г е н е р а т и в н ы е п о б е г и. У небольшой части дициклических побегов терминальная почка ранней весной 2-го года развития трогалась в рост и формировала розетку, а затем репродуктивные органы, развивающиеся в удлиненный ортотропный стебель, который, однако, не
достигал фазы плодоношения. Если генеративная часть побега не сформирована с осени в достаточной для инициации цветения степени, в следующем году весь незаконченный цикл повторяется снова до тех пор, пока не
сложится благоприятное сочетание условий двух следующих друг за другом
вегетационных периодов, позволяющих образовавшемуся полициклическому побегу завершить развитие. Для природных ценозов показано, что растения остаются в прегенеративном возрасте в течение 5-8 лет (3).
В условиях агропопуляции на 3-м году жизни у 17 % особей сформировались зачаточные соцветия, основная часть которых отмирала в начале
111
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
отрастания, а зацветающие не завязывали семян. Завершить фазу репродукции были способны менее 0,1 % особей агропопуляции. На 4-й год 80 % растений имели в среднем по 1,2 генеративных побега, из которых каждый
седьмой достигал фазы плодоношения, на 5-й год жизни число генеративных
побегов увеличивалось до 4,2 шт. (плодоносящие ? 0,84 шт.). Максимальное
число генеративных побегов, тронувшихся в рост, отмечали в начале 6-й вегетации (9,8 шт.), в фазе цветения находились 7,0; число побегов с полным
циклом развития до плодоношения равнялось 1,1 шт. В дальнейшем число
растений с развитыми соцветиями уменьшалось по годам (см. рис. 1).
Видимый рост генеративных побегов начинался через 5-7 сут после
начала отрастания вегетативных побегов из укрупненной флоральной почки, дифференцированной с осени прошлого года на составные элементы
(зачаточный стебель со стеблевыми листьями и соцветием). Скорость роста побегов обоих типов уравнивалась примерно с 35-х по 38-е сут вегетации, после чего преимущество в развитии получали генеративные побеги.
Прирост побегов обоих типов после 62-68-х сут вегетации полностью прекращался, а с началом плодоношения, сопровождающегося засыханием
верхней части стебля, его величина приобретала отрицательные значения.
Такая корреляция сохранялась во все годы при значительной разнице в
сроках отрастания (17 апреля, 1 и 3 мая) (рис. 2).
Рис. 2. Динамика роста побегов у растений Rhaponticum carthamoides в генеративный период (Архангельская обл., подзона средней тайги, 1995-1997, 2000-2002 годы): А, Б и
В ? соответственно 6-й, 7-й и 8-й год жизни; 1 ? генеративные, 2 ? вегетативные
побеги.
Сроки цветения развитых побегов (независимо от складывающихся
погодных условий) приходились на 14-26 июня. В конце июня зацветали
менее 1 % побегов. В июле?сентябре появление новых генеративных побегов, их рост и цветение не наблюдали. В целом развитие R. carthamoides
до фазы бутонизации занимает 15-23, цветения ? 44-56, плодоношения ?
72-77 сут. Все побеги после формирования удлиненных генеративных побегов полностью отмирали. Также отмирали почки возобновления, располагающиеся на участке прошлогоднего годового прироста корневища, а в некоторых случаях и боковые вегетативные побеги. Розеточные листья продолжали вегетировать до перехода среднесуточной температуры через 0 °С
во II декаде октября с постепенным уменьшением размера и числа.
Содержание экдистероидов во фракциях и
э л е м е н т а х ф и т о м а с с ы. В е г е т а т и в н ы е п о б е г и. Как
было показано выше, появление новых листьев, их взросление и отмирание
не приурочено к определенным фазам развития. Длительность вегетации и
масса листьев возрастает до фазы цветения и убывает после плодоношения.
Розеточные листья у взрослых генеративных растений крупные черешковые, более или менее глубоко перисто-рассеченные на 15-22 (0-27)
доли; по окраске светло-, темно- или желто-зеленые; образуют розетку диа112
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
метром 55-90 (37-112) см. В молодом возрасте размеры у неразвернутых листьев ? 3-23 см по длине и 0,3-1,0 см по ширине, у полуразвернутых ? 1868 и 2-8 см, взрослых в фазу цветения ? 60-80 (100-120) и 10-25 (35-43) см.
Старые и от1. Содержание фитоэкдистероидов (20Е) во фракцимершие
листья вегеях листьев разного возраста у вегетативных побегов Rhaponticum carthamoides 6-8-го года жизни (Ар- тативных побегов нахангельская обл., подзона средней тайги, 1995- блюдали в течение все1997, 2000-2002 годы, фаза бутонизации)
го периода вегетации,
они сохраняли связь с
Содержание 20Е, %
Розеточные листья (сухая
от сухой
побегом и составлямасса одного листа, г)
относительное
массы
ли фракцию ветоши,
Молодые:
переходящей в опад в
неразвернутые белесые (0,07-0,18)
0,43
100
полуразвернутые светло-зеленые (0,35-0,57)
0,35
81,4
конце вегетационного
полуразвернутые темно-зеленые (0,37-1,10)
0,31
72,1
сезона. РазновременВзрослые:
темно-зеленые (1,35-2,12)
0,28
65,1
ное развитие листовых
зеленые (2,43-2,51)
0,23
53,5
зачатков от разных посветло-желто-зеленые (2,10-2,56)
0,19
44,2
Старые:
бегов во взрослые оржелто-зеленые (1,80-3,76)
0,16
37,2
ганы приводит к одпожелтевшие (1,00-2,11)
0,11
25,6
Отмершие:
новременному накожелто-бурые (0,58-1,63)
0,05
11,6
плению в надземной
почерневшие (0,26-0,69)
0,02
4,6
сфере фракций отрастающих, молодых растущих, взрослых, старых и отмерших листьев с переходными признаками. При морфологическом анализе структуры фитомассы отдельные фракции розеточных листьев различались по окраске в соответствии с их физиологическим возрастом.
Листья разных возрастов
2. Содержание фитоэкдистероидов (20Е, %)
дифференцированы по содерв элементах генеративных побегов у
растений Rhaponticum carthamoides 6жанию действующих веществ
го года жизни в разные фазы развития
(табл. 1). В фазу бутонизации
(Архангельская обл., подзона средней
максимальное содержание 20Е
тайги, 1995, 2000 годы)
(0,38-0,43 %) в составе вегетаФаза развития
Орган растения
тивных побегов обнаружили в
бутонизация цветение
наиболее молодых по физиолоСоцветие:
цветоложе
0,72
1,17
гическому возрасту фракциях без
семена
?
0,57
выраженной функции фотосинСтебель:
апикальная часть
0,58
0,11
теза ? в неразвернутых белесых
верхняя часть
0,25
0,03
средняя часть
0,16
0,02
листьях с сильной опушенностью.
нижняя часть
0,10
0,01
В молодых полуразвернутых лиЛистья стеблевые:
апикальные прицветные
0,55
?
стьях содержание фитоэкдистеверхние молодые
0,28
?
роидов (20Е) снижалось, но несредние взрослые
0,28
0,03
нижние старые
0,28
0,02
значительно (0,31-0,35 %) при
П р и м е ч а н и е. Прочерк означает, что в указанную
увеличении массы в 3-8 раз.
фазу элемент не формируется.
Во взрослых листьях содержание 20Е было значительно меньше, чем у молодых (см. табл. 1), в
старых ? еще ниже, в отмерших составляло только 0,05-0,02 %. Масса 1
листа в последних фракциях примерно соответствовала массе неразвернутых и полуразвернутых листьев, поэтому отмеченное уменьшение количества 20Е на порядок может быть связано с оттоком экдистероидов из старых в более молодые развивающиеся органы.
Г е н е р а т и в н ы е п о б е г и. В структуре генеративных побегов различались следующие элементы: стебель (цветонос), стеблевые листья разных ярусов, соцветия. Стебель нарастал за счет вставочного роста
междоузлий, на котором спиралеобразно расположены 28-55 стеблевых
113
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
листьев различной сложности. На верхушке полого неразветвленного
стебля формировалось одиночное соцветие ? крупная шаровидная корзинка диаметром 4-6 (3-8) см с обоеполыми фиолетово-лиловыми цветками. Развитые цветоносные побеги имели высоту 110-140 (180), диаметр у
основания ? 1,8-2,0, у верхушки ? 0,7-1,2 см.
Стебель условно разделялся на 4 зоны ? нижнюю базипетальную, среднюю, верхнюю
и апикальную прицветную. В составе стеблевых листьев также
выделялись фракции разного физиологического возраста, а в соцветиях ? цветоложе и семена.
Листья нижнего яруса физиологически более старые, апикальные прицветные ? самые молодые. Стеблевые листья различаются по окраске: апикальные и
верхние ? темно- и светло-зеленые, средние ? зеленые или желто-зеленые, нижние ? желтые,
Биологический
бурые или почерневшие.
Рис. 3. Динамика накопления фитоэкдистероиОт нижних метамеров к
дов в разных органах растений Rhaponticum
carthamoides в течение онтогенеза (Архангельапикальным содержание экдистеская обл., подзона средней тайги, 1990-2005 гороидов у растений 6-го года жизды): а ? вегетативные побеги (листья розени по разным фазам развития
точные), б ? семена. Пунктирная и сплошная
варьировало от 0,02 до 0,40, 11-15линии ? сглаженные (приближенные) кривые
аппроксимации экспериментальных данных,
го ? от 0,01 до 0,58; в том числе
R2 ? соответствующая величина их достоверво время фазы бутонизации ? от
ности. Обозначение возраста растений см. в
0,10 до 0,58 % (табл. 2). В фазу
разделе «Методика».
цветения в нижних, средних и
верхних частях побега содержание 20Е снижалось до 0,01-0,03 %, в апикальных (цветоложе и семена) ? наоборот, возрастало с 0,28 до 0,57-1,17 %.
Динамика накопления экдистероидов по возрастным периодам онтогенеза R. carthamoides. Во взрослых листьях вегетативных побегов содержание 20Е оказалось минимальным в 1-й год жизни, увеличивалось с возрастом растения и после наступления генеративного периода относительно
стабилизировалось (рис. 3).
В ювенильном возрасте этот показатель был равен 0,06-0,11, имматурном ? 0,17-0,19 (1-2-й годы жизни), виргинильном ? 0,22 % (3-й год),
в начале генеративного ? 0,27-0,28 (4-5-й годы), во взрослом и старом генеративном (до 12-го года) ? 0,32-0,44 %. У субсенильных растений содержание 20Е несколько снизилось и составило 0,39-0,25 % (13-15 год), а
на 16-й год достигало значений для виргинильных растений ? 0,19 %.
В семенах в онтогенезе наблюдали аналогичную динамику. Максимум содержания экдистероидов в семенах (0,57 %) совпадал с пиком продуктивности в онтогенезе на 6-й год жизни (см. рис. 1).
У зрелых генеративных растений на 6-8-й год массовое плодоношение и последующее снижение продуктивности сочеталось с одновременным уменьшением содержания 20Е в семенах (с 0,57 до 0,47-0,41 %)
(см. рис. 3). На 9-10-й год после перерыва в плодоношении у значительной части особей, содержание экдистероидов достигало исходного
уровня (0,55 % на 10-й год), что свидетельствует о напряженности до114
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
норно-акцепторных отношений между вегетативными и генеративными
побегами у старовозрастных растений. Еще более значительное (7-кратное)
подавление репродукционных процессов на 11-й год приводило к возрастанию содержания экдистероидов в вегетативных побегах с 0,32-0,33
до 0,44 %.
Имелась сильная положительная зависимость между содержанием
экдистероидов в семенах и интенсивностью репродукционных процессов
у молодых и взрослых генеративных растений (r = 0,99-0,96 при p = 0,999).
В свою очередь, формирование генеративных побегов и плодоношение
зависят от продуктивности фитомассы (см. рис. 1). В вегетативных побегах содержание экдистероидов коррелировало с продуктивностью надземной массы (r = 0,78-0,81, p = 0,99). Отсутствие статистически достоверной зависимости содержания экдистероидов в листьях от семенной
продуктивности связано с незначительной долей генеративных побегов в
структуре фитомассы.
Динамика содержания фитоэкдистероидов
з а в е г е т а ц и о н н ы й п е р и о д. Известна изменчивость абсолютной величины содержания экдистероидов в растительных тканях в течение вегетационного сезона (22, 23). Розеточные листья R. carthamoides
вегетируют от ранней весны до поздней осени, поэтому выявление пределов такой изменчивости во фракциях листьев практически значимо.
В молодых листьях
розеточных полициклических
побегов (неразвернутых и полуразвернутых) в начале фазы отрастания содержание
20Е достигало 0,45-0,55 %,
через 20 сут вегетации ? составляло 0,35-0,40 % (рис. 4).
В этот период влажность корнеобитаемого слоя почвы колебалась в пределах 15-18 %,
что соответствует оптимальным условиям роста и развития вида (24). В июле?
августе этот показатель снижался до 0,25-0,28 %, что совпадало с наступлением засушливых условий (влажность почвы ? около 3,0 %). В сентябРис. 4. Динамика содержания фитоэкдистероидов в
листьях взрослогенеративных растений Rhaponticum
ре после повышения влажcarthamoides во время прохождения вегетационного
ности почвы до 11-14 % сопериода (Архангельская обл., подзона средней тайги,
держание 20Е вновь возраста1990-2005 годы): 1, 3 и 4 ? соответственно молодые, взрослые и старые растения, 2 ? влажность
ло. В целом пределы колебапочвы. Сглаженные (приближенные) кривые аппрокния показателя у молодых ли2
симации экспериментальных данных, R ? соответстьев равнялись 0,28-0,55 %.
ствующая величина их достоверности.
Во взрослых листьях
падение содержания 20Е также приходилось на засушливый период, а
разница показателя за период вегетации была 3-кратной ? 0,12-0,38 %. В
старых листьях наблюдалось практически равномерное снижение содержания 20Е, которое не зависело от фазы или календарных сроков развития растений (от 0,15 до 0,02 %, то есть в 7-8 раз).
Итак, на европейском Севере жизненный цикл левзеи сафлоровид115
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
ной (Rhaponticum carthamoides) в условиях агропопуляций длится свыше 17
лет. Потенциал продуктивного долголетия закладывается в прегенеративном
возрасте и базируется на системе вегетативных полициклических побегов,
разветвленных на 2-3 порядка и включающих 20-25 розеточных листьев.
Формирование и развитие репродуктивных органов вторично по отношению к вегетативным. Наивысших показателей развития в онтогенезе
среднестатистические особи достигают на 6-7-й год жизни. Вегетативные
побеги функционируют в течение всего вегетационного периода, генеративные после формирования репродуктивных органов отмирают, часто
не достигая фазы плодоношения. Появление новых розеточных листьев,
их рост и отмирание не приурочены к определенным фазам развития.
Разновременное развитие листовых зачатков от разных побегов во взрослые органы приводит к одновременному накоплению в надземной фитомассе фракций отрастающих, молодых растущих, взрослых, старых и отмерших листьев. Накопление действующих веществ (экдистероидов) в
онтогенезе положительно коррелирует с величиной продуктивности надземных органов. Динамика содержания экдистероидов в отдельных элементах и фракциях фитомассы согласуется с процессом перераспределения биологически активных веществ от старых органов к растущим и
развивающимся: максимальные показатели выявлены в неразвернутых
белесых, паутинисто-опушенных листьях, цветоложе и семенах. Падение
содержания экдистероидов до минимальных значений совпадает с наступлением засушливых условий в летний период (июль?август). Относительное восстановление показателей происходит в начале осени в молодых и взрослых листьях при снижении дневной температуры и возрастании относительной влажности почвы. В старых листьях снижение постоянно (от 0,15 до 0,02 %) и не зависит от календарных сроков вегетации.
ЛИТЕРАТУРА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
116
Государственная фармакопея СССР. Издание IX, X, XI (в 2-х т.). М., 1961; 1968; 1987; 1990.
Государственный реестр лекарственных средств. (Лекарственные растения и сырье). М.,
1995; 1998.
П о с т н и к о в Б.А. Маралий корень и основы введения его в культуру. Новосибирск, 1995.
Т и м о ф е е в Н.П. Промышленные источники получения экдистероидов. Часть II.
Ecdysterone: Растения рода Rhaponticum (обзор). В сб. науч. тр. Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты. М., 2007, 14: 8-49.
Растительные ресурсы СССР. Цветковые растения, их химический состав, использование (сем. Asteraceae). СПб, 1993, 7: 161-163.
Корневище с корнями рапонтикума сафлоровидного (левзеи сафлоровидной). Фармакопейная статья ФС 42-2707-90. М., 1990.
S t e c h J., C m o l i k o v a R., O p l e t a l L. e.a. Zpusob pripravy extraktu z oddenku s
koreny parchy saflorove. Prague, Patent Czechia 279814, July 12, 1995.
Т и м о ф е е в Н.П., Л а п и н А.А., З е л е н к о в В.Н. Оценка качества лекарственного сырья левзеи сафлоровидной методом бромной антиокислительной емкости.
Бутлеровские сообщения, 2006, 8(2): 35-40.
D i n a n L., S a v c h e n k o T., W h i t i n g P. On the distribution of phytoecdysteroids
in plants. Cel. Mol. Life Sci., 2001, 58(8): 1121-1132.
Фитоэкдистероиды /Под ред. В.В. Володина. СПб, 2003.
Ш а и н С.С. Биорегуляция продуктивности растений. М., 2005.
Природно-климатический очерк Котласского района Архангельской области. М., 1994.
Научно-прикладной справочник по агроклиматическим ресурсам СССР (ежегодные
данные). Архангельская область. Архангельск, 1992-1996.
Р а б о т н о в Т.А. Фитоценология. М., 1983.
З а у г о л ь н о в а Л.Б., Ж у к о в а А.А., К о м а р о в А.С. и др. Ценопопуляции
растений (очерки популяционной биологии). М., 1988.
Методические указания по изучению коллекции многолетних кормовых трав /Под ред.
А.И. Иванова. М., 1979.
Методические указания по селекции многолетних трав: фенологические наблюдения.
Оценка селекционного материала. М., 1985: 90-103.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
18. С е м е н о в а-Т я н-Ш а н с к а я А.М. Накопление и роль подстилки в травяных сообществах. Л., 1977.
19. Справочник по заготовкам лекарственных растений /Под ред. Д.С. Ивашина, З.Ф. Катиной, И.З. Рыбачук и др. Киев, 1989.
20. Р а з у м о в В.А. Справочник лаборанта-химика по анализу кормов. М., 1996.
21. П у н е г о в В.В., С а в и н о в с к а я Н.С. Метод внутреннего стандарта для определения экдистероидов в растительном сырье и лекарственных формах с помощью ВЭЖХ.
Растительные ресурсы, 2001, 37(1): 97-102.
22. А л е к с е е в а Л.И., Т е т е р ю к Л.В., В о л о д и н В.В. Динамика содержания экдистероидов у Ajuga reptans L. на северной границе ее ареала. Растительные ресурсы,
1998, 34(4): 56-62.
23. Z i b a r e v a L. Distribution and levels of phytoecdysteroids in plants of the genus Silene during development. Arch. Insect. Biochem. Physiol., 2000, 43(1): 1-8.
24. Т и м о ф е е в Н.П. Возраст и динамика плотности Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin и Serratula coronata L. (Asteraceae) на Европейском Севере. Растительные ресурсы,
2005, 41(3): 1-13.
Научно-производственное предприятие «КХ БИО»,
165650 Архангельская обл., г. Коряжма, просп. Ленина, 47а-55,
e-mail: [email protected]
Поступила в редакцию
21 августа 2007 года
ACCUMULATION AND VARIABILITY OF THE ECDYSTEROIDS CONTENT
IN MEDICINAL RAW MATERIAL OF Rhaponticum carthamoides
N.P. Timofeev
Summary
In the conditions of European North and during 17-years life cycle of agropopulation the
author studied the connatural laws, influencing on productive longevity, accumulation of ecdysteroids and variability of quality of medicinal raw material of Rhaponticum carthamoides. It was established, that the potential of productive longevity of the species is based on system of vegetative polycyclic shoots. Accumulation of effective substances (ecdysteroids) in an ontogenesis positively correlates with productivity of above-ground organs with the minimum registrated under drought conditions. Dynamics of the contents ecdysteroids in separate fractions and elements phytomass is combined with process of formation of propagules at which there is redistribution from old in favour of
growing and developing organs.
Новые книги
П и к у н П.Т., С и к о р с к и й А.В.,
К о р о т к о в М.М. и др. Многолетние
травы: факторы, влияющие на стабильность урожая. Мозырь: ООО ИД «Белый
Ветер», 2007, 157 с.
М и р о н о в а Л.Н., Р е у т А.А., А н и щ е нк о И.Е. Итоги интродукции и селекции декоративных травянистых растений в Республике
Башкортостан. Ч. 2. М.: изд-во «Наука», 2007,
125 с.
В монографии обобщены научные и практические достижения белорусских ученых и ученых бывшего СССР по
повышению семенной продуктивности
многолетних трав за счет привлечения и
использования опылителей растений: домашних пчел, диких одиночных пчел и
шмелей. Обсуждается комплекс мероприятий по борьбе с вредителями, болезнями и сорной растительностью в семеноводческих посевах. Дана оценка возможности получения семян многолетних
трав высоких посевных кондиций и дополнительно высококачественных продуктов пчеловодства. Приведены рекомендации по привлечению опылителей в
целях получения стабильных урожаев семян многолетних трав. Описаны основные вредители и болезни многолетних
трав и даны рекомендации по применению пестицидов в борьбе с ними.
В монографии впервые обобщены результаты интродукционного изучения декоративных травянистых растений класса Однодольные в открытом грунте и итоги селекционной
работы с ними, проведенной сотрудниками Ботанического сада-института Уфимского НЦ
РАН за период с 1932 по 2005 годы. Показан
вклад ведущих специалистов-цветоводов Башкирии в решение проблемы сохранения и расширения биоразнообразия, рассматриваются основные направления работ и используемые методы. Представлены сведения по биологии, географическому распространению и культуре растений ? представителей 13 семейств, 30 родов,
175 видов и разновидностей. Уделено внимание
особенностям роста и развития, морфологическим признакам растений при интродукции.
Выделены перспективные виды и сорта для использования в декоративном садоводстве в Республике Башкортостан; даны рекомендации по
их агротехнике и способам размножения.
117
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Методика
УДК 633.14«324»:631.527
МЕТОД АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ УРОЖАЯ ЗЕРНОВЫХ КОЛОСОВЫХ
ПО З.А. МОРОЗОВОЙ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В СЕЛЕКЦИОННОЙ
ПРАКТИКЕ
(на примере сортов озимой ржи)
Е.А. ТОРОП, А.А. ТОРОП
На обширном селекционном материале озимой ржи апробировали метод структурного
анализа, предложенный З.А. Морозовой. Показана связь между урожайностью и степенью
сбалансированности органогенеза растений. Для повышения этих показателей у озимой ржи
рекомендуется вести отбор на уменьшение интенсивности формообразования в I и увеличение ?
в III период онтогенеза.
Ключевые слова: урожайность, озимая рожь, метод анализа, органогенез.
Key words: cropping, power, winter rye, method of analysis, organogenesis.
Известно, что оценка структуры урожая позволяет установить закономерности его формирования в зависимости от генотипа и многообразия
факторов внешней среды, поэтому элементы структуры урожая могут служить объектом не только анализа, но и синтеза новых сортов и технологий.
Растениеводы и селекционеры уделяют много внимания величине
и структуре урожайности. Так, Л.А. Животков и З.А. Морозова утверждают (1), что в показателе «урожайность зерна в ц/га» аккумулируются все
поведенческие реакции сортов на факторы выращивания. То же, вероятно, имел в виду М.С. Савитский (2), обсуждая роль комплекса условий
окружающей среды, влияние которого, по его мнению, может быть учтено
количественно через элементы структуры урожая, формирование которых
до известной степени отражает состояние внешних факторов на соответствующих этапах роста и развития растений.
Значительный вклад в понимание особенностей формирования продуктивности и ее реализации вносят работы Ф.А. Дворянкина и его учеников (3-5). Ими предложен метод структурного анализа, наиболее полно изложенный в работе З.А. Морозовой (4). Он, в ч??стности, позволяет судить о
сбалансированности ростовых и формообразовательных процессов, что
важно при создании сортов (поскольку необходимо добиваться не только
повышения урожайности, но и оптимального соотношения между рабочими
и потребляющими органами растения), а также при конструировании генотипов с соответствующим заданным соотношением (6). К сожалению, этот
метод не нашел широкого применения в селекционной практике.
Мы попытались охарактеризовать предложенный метод, апробировав его на обширном селекционном материале озимой ржи.
Методика. В работе использовали образцы озимой ржи конкурсного (КСИ), предварительного (ПСИ), где отдельными блоками изучали диплоиды и тетраплоиды, и экологического (ЭСИ) сортоиспытаний (оценивали
инорайонные сорта). Наблюдения проводили в 1989-1998 годах на полях
НИИ сельского хозяйства Центрально-Черноземной полосы им. В.В. Докучаева в Каменной Степи (Таловский р-н, Воронежская обл.). Указанным
выше методом (4) оценивали структуру урожая по элементам продуктивности в зависимости от сорта, морфотипа, фазы онтогенеза растений (все118
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
го проанализировано 270 образцов). Для удобства применения метода были введены критерии (коэффициенты) несогласованности КI и КII (7).
Первый представляет собой сумму максимальных отклонений по интенсивности, коэффициентам асимметрии (As) и эксцесса (Ex) между кривыми
распределения значений числа цветков и зерен в колосе, а также массы зерновки, второй ? сумму максимальных отклонений только по As и Ex.
Результаты. При оценке степени согласованности между морфогенезом и урожайностью сортов (табл. 1) выявили, что низкоурожайные сорта
и их наборы характеризуются меньшей согласованностью процессов органогенеза, причем, как оказалось, критерий КII более согласован с величиной урожайности. В 80 % случаев у диплоидов и в 100 % ? у тетраплоидов
этой величине соответствовала степень сбалансированности процессов органогенеза, которую отражает показатель КII. Значение критерия КI не
всегда (особенно у диплоидов) коррелировало с урожайностью растений,
однако его использование позволило с достаточной степенью надежности
разделить наборы изучавшихся сортов на лучшую и худшую половину.
1. Коэффициенты несогласованности (КI и КII) процессов органогенеза у
сортов ржи, различающихся по урожайности (Каменная Степь, Воронежская обл., 1992-1998 годы)
Лучшие сорта
Год Питомник лучшая половина
два наилучших
KII
KI
KII
KI
1992
1993
1994
1995
КСИ
КСИ
КСИ
КСИ
ПСИ
ЭСИ,
блок I
ЭСИ,
блок II
ЭСИ,
блок III
КСИ
ПСИ
КСИ
ПСИ
КСИ
ПСИ
днее
Худшие сорта
худшая половина
два наихудших
KI
KII
KI
KII
0,940
1,740
0,730
1,300
2,080
Сорта диплоидной ржи
0,480
0,400
0,250
1,470
0,760
2,100
0,900
1,620
0,300
0,570
0,170
0,600
0,700
1,550
1,450
2,050
1,440
1,700
1,050
2,620
0,760
1,120
0,330
1,120
1,660
1,450
1,200
1,530
2,10
1,600
0,500
1,100
1,080
1,250
0,850
1,070
0,590
0,800
0,600
1,910
1,250
1,75
1,200
2,330
1,380
2,100
0,750
2,440
1,390
2,020
0,920
2,970
1,750
2,450
1,350
1,470
0,900
4,100
2,650
0,760
0,500
1,300
0,95
1,220
0,820
1,950
1,400
2,500
1,620
1,700
0,85
1,560
1,000
0,950
0,550
1997
1,250
0,750
0,810
0,320
1,550
0,650
2,08
0,980
2,250
1,650
1,300
0,720
1,700
0,880
1,700
0,980
1998
1,150
0,650
1,560
0,72
2,300
1,700
1,88
1,000
1,600
1,000
1,190
0,49
1,150
0,950
1,000
0,540
Сре
1,620±0,189 0,700±0,133 1,400±0,162 0,760±0,102 1,690±0,145 1,110±0,116*1,810±0,203 1,070±0,141
Сорта тетраплоидной ржи
1993 КСИ
0,820
0,620
0,450
0,250
1,150
0,700
0,400
0,300
1994 КСИ
1,700
1,280
1,000
0,700
2,350
1,450
2,500
1,500
1995 КСИ
1,210
0,640
0,400
0,300
1,710
0,930
1,750
0,900
ПСИ
1,650
0,930
1,800
0,950
2,550
1,500
2,550
1,500
1996 КСИ
0,800
0,550
0,980
0,580
2,150
1,650
2,140
1,590
1997 КСИ
0,800
0,300
0,870
0,230
0,80
0,600
0,560
0,53
1998 КСИ
0,950
0,600
0,950
0,600
1,400
0,950
1,400
0,950
Среднее
1,130±0,150 0,700±0,119 0,920±0,175 0,510±0,101 1,730±0,246 1,110±0,158 1,610±0,303 1,040±0,193*
П р и м е ч а н и е. КСИ, ПСИ и ЭСИ ? соответственно конкурсное, предварительное и экологическое
сортоиспытание. Описание коэффициентов KI и KII см. в разделе «Методика».
* Различия существенны при Р ? 0,95.
1996
Эти два показателя, как отмечалось, различаются тем, что КI учитывает, а КII ? не учитывает интенсивность органогенеза по фазам вегетации. Оказалось, что для морфотипов и сортов характерны индивидуальные особенности интенсивности морфогенеза в разные периоды роста и
развития растений (табл. 2).
Общей закономерностью для всего изученного материала было постепенное затухание интенсивности формообразовательного процесса в он119
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
тогенезе (наибольшая интенсивность, как правило, приходится на I, наименьшая ? на III период онтогенеза) (см. табл. 2). Исключение составили
тетраплоидные формы, у которых наименьшую интенсивность формообразования регистрировали во II период, а в III наблюдали ее увеличение.
Это согласуется с известным фактом плохой озерненности колоса и большей массы зерновки у тетраплоидов (8).
2. Интенсивность морфогенеза образцов озимой ржи в разные периоды онтогенеза (Каменная Степь, Воронежская обл., 1992-1998 годы)
Морфотип, сорт, группа
сортов, форма
I
Период онтогенеза
II
Диплоидный аналог
4,180
Тетраплоидный аналог
4,120
Набор диплоидных сортов
4,780±0,049
Набор тетраплоидных сортов
5,180±0,066**
Старый морфотип
4,490±0,082
Новый морфотип
4,970±0,061
Инорайонные сорта старого морфотипа
5,150
Местные сорта старого морфотипа
4,660
Инорайонные сорта нового морфотипа
5,110±0,143
Местные сорта нового морфотипа
4,840±0,084
Сорт:
МУП
3,850
Воронежская СХИ
3,900
Харьковская 55
3,850
Саратовская 5
4,000
Таловская 12
4,050
Норма высева, число зерен на 1 м2:
100
3,700
200
3,700
400
3,900
600
3,710
800
3,590
1000
3,520
* и ** Различия существенны соответственно при Р ? 0,950 и Р ?
3,820
3,380
4,550±0,042
4,620±0,071
4,400±0,080
4,610±0,049*
4,450
4,520
4,790±0,103
4,580±0,135
III
3,520
3,620
4,070±0,041
4,690±0,071**
4,060±0,078
4,070±0,049
3,850
4,050
3,880±0,070
4,180±0,100*
3,950
4,000
4,050
4,00
4,00
3,680
3,950
3,950
3,350
3,050
3,84
3,76
3,850
3,670
3,440
3,420
0,999.
3,280
3,380
3,140
3,010
3,00
3,020
Новый морфотип, представленный короткостебельными сортами, у
которых этот признак контролируется геном Hl с широким спектром плейотропного действия, характеризуется значительно большей интенсивностью
формообразования в I и II периоды онтогенеза, чем объясняется большее
число цветков и зерен в колосе (9).
Инорайонные сорта из северной русской эколого-географической
группы в условиях Каменной Степи имели многоцветковый, хорошо озерненный колос и мелкое (из-за недостаточной засухоустойчивости) зерно,
что хорошо согласуется с особенностями интенсивности формообразования в соответствующие периоды роста и развития растений.
Представляют также интерес данные об изменении интенсивности
органогенеза у сортов, созданных и районированных в Центрально-Черноземной зоне в разные десятилетия прошлого века: сорт МУП был создан в
20-е, Воронежская СХИ ? в 30-е, Харьковская 55 ? в 50-е, Саратовская 5
и Таловская 12 ? в 70-е годы. В зависимости от сроков селекции у этих
сортов проявилась тенденция к увеличению интенсивности органогенеза в
I и уменьшению ? в III период онтогенеза.
Полученные результаты свидетельствуют о высокой информативности показателей интенсивности формообразования в разные периоды органогенеза и их тесной связи с количественными характеристиками элементов продуктивности, соответствующих этим периодам. Отсутствие отражения выявленной закономерности в величине коэффициента КI при оценке
диплоидных сортов, вероятно, связано с неоднородностью анализируемого
материала. У тетраплоидов, представленных сортами нового морфотипа,
использование обоих коэффициентов позволяло надежно разделить изучае120
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
мый материал по продуктивности. Таким образом, для выделения лучших
по продуктивности сортов при оценке однородного материала необходимо
использовать оба критерия, неоднородного ? критерий КII.
С увеличением густоты стеблестоя уменьшались число колосков (цветков) и зерен в колосе, а также (в большей степени) масса зерновки, что отражалось на показателях морфогенеза во все три периода онтогенеза (см. табл. 2).
К недостаткам современных сортов ржи, особенно диплоидных
(см. табл. 2), относится низкая интенсивность органообразования в III период онтогенеза, то есть на этапе формирования зерновки, вследствие чего уменьшается ее размер. Поэтому для озимой ржи, несмотря на наиболее продолжительный среди зерновых колосовых период от цветения до
созревания зерна, характерно самое мелкое зерно. Следовательно, важным
резервом повышения урожайности озимой ржи представляется повышение
крупнозерности. Это подтверждают и наши данные (табл. 3): чем больше
показатель интенсивности формообразования в III период (ИIII) и чем
сильнее кривая распределения отклоняется в сторону максимального значения массы зерновки (отрицательная асимметрия), тем выше урожайность.
Использовать этот резерв необходимо, в первую очередь, при селекции популяций нового морфотипа с более продолжительной вегетативной фазой, благодаря чему формируется крупный многоцветковый колос,
потенциал которого не реализуется на последующих этапах из-за значительного числа недоразвитых колосков и цветков в колосе, а также более
мелкого зерна (9, 10). Вероятно, требуется селекция форм с более ранним колошением, то есть уменьшением продолжительности вегетативной и
увеличением ? генеративной фазы развития. При этом снижение числа колосков и цветков в колосе может быть компенсировано лучшей озерненностью, а увеличение периода формирования и налива зерна позволит значительно повысить массу зерновки и, как следствие, продуктивность колоса.
Наибольшее влияние на урожайность оказывала густота продуктивного стеблестоя, особенно у тетраплоидной ржи. Значительную связь
выявили между урожайностью растений диплоидной ржи и интенсивностью формообразования в III период, а также обоими коэффициентами
несогласованности. Существенна также (особенно у тетраплоидов) связь
урожайности с выполненностью зерновок (см. табл. 3). В то же время
связь между урожайностью и коэффициентами несогласованности не такая тесная, как наблюдалось по годам. Для выяснения того, является ли
сбалансированность органогенеза сортовым признаком, проанализировали
величину коэффициентов несогласованности у наиболее изученных районированных сортов Саратовская 5, Таловская 15 и Таловская 29 (табл. 4)
и выявили значительные изменения величины КI и особенно КII, из которого исключен показатель интенсивности по годам (последнее позволяет
считать, что показатель интенсивности менее вариабелен).
Кроме того, полученные данные свидетельствуют о различиях между сортами. Так, для сорта Таловская 15 была характерна меньшая согласованность процессов органогенеза в течение онтогенеза, но ее бульшая
стабильность по годам, для сорта Таловская 29 и особенно Саратовская 5 ?
наоборот, бульшая согласованность при ее значительной вариабельности.
Вероятно, это связано с составом популяций: возможно, у сортов Таловская 29 и Саратовская 5 число экотипов ограничено (как и у большинства
сортов, созданных в последние десятилетия при односторонней селекции)
(11). Для таких форм характерен более индивидуальный тип воспроизводства популяции (12). Подобные популяции в неблагоприятных условиях
121
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
122
Показатель
3. Коэффициенты корреляции между урожайностью и показателями формообразования у диплоидной и тетраплоидной озимой ржи (соответственно правая верхняя и левая нижняя части таблицы) (Каменная Степь, Воронежская обл., 1992-1998 годы)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1
0,24
0,10
0,03
0,45
0,46
0,87*
0,42
0,19
?0,30
?0,34
?0,55*
?0,38
?0,49*
?0,58*
2
0,74*
0,20
0,01
0,45
0,42
0,52*
0,13
?0,18
?0,71*
?0,18
?0,17
?0,29
?0,18
?0,01
3
0,11
0,16
0,37
0,20
0,23
?0,75*
?0,63*
?0,22
?0,14
?0,29
?0,63*
?0,61*
?0,08
?0,48
4
0,04
0,18
0,01
0,03
0,61*
0,68*
0,10
?0,12
?0,50
?0,22
?0,10
?0,00
?0,10
?0,03
5
0,34
0,68*
0,11
0,50*
0,10
0,02
?0,46
?0,19
?0,68*
?0,35
?0,11
?0,12
?0,06
?0,02
6
0,04
0,58*
0,33
0,51*
0,45
?0,45
?0,58
?0,38
?0,93*
?0,52*
?0,77*
?0,16
?0,02
?0,14
7
0,21
0,11
0,19
0,08
0,53*
0,38
0,25
0,02
?0,21
?0,01
?0,38
?0,36
?0,65*
?0,55*
8
0,51
0,38
0,48
0,80*
0,29
0,36
0,08
?0,19
?0,11
?0,47
?0,83*
?0,59*
?0,79*
?0,71*
9
0,11
0,74*
0,65*
0,60*
?0,49
?0,09
?0,10
?0,24
?0,22
?0,94*
?0,92*
?0,47
?0,51*
?0,00
10
0,22
0,31
0,04
0,34
0,61*
0,61*
?0,23
?0,03
?0,13
?0,02
?0,10
?0,37
?0,19
?0,23
11
0,83*
0,17
0,28
0,49
0,15
0,96*
0,32
?0,23
?0,50
?0,46
?0,25
?0,49
?0,18
?0,04
12
0,44
0,56
0,39
0,28
0,26
0,37
0,87*
?0,56
?0,31
?0,05
?0,20
?0,27
?0,33
?0,06
13
0,28
0,24
0,13
0,41
0,17
0,51*
0,14
?0,98*
?0,32
?0,06
?0,34
?0,41
?0,86*
?0,65
14
0,75*
0,02
0,58
0,06
0,36
0,38
0,03
0,69
?0,36
?0,29
?0,52
?0,46
?0,32
?0,07
15
0,29
0,26
0,70*
0,06
0,17
0,28
0,54
?0,39
?0,05
?0,16
?0,13
?0,69*
?0,23
?0,21
П р и м е ч а н и е. 1 ? урожайность; 2, 3 и 4 ? соответственно интенсивность формообразования, коэффициенты асимметрии и эксцесса в I период онтогенеза; 5, 6 и 7 ? соответственно те же показатели во II период онтогенеза; 8, 9 и 10 ? соответственно те же показатели в III период онтогенеза; 11 и 12 ? соответственно КI и КII; 13 ? густота
стеблестоя; 14 ? выполненность зерновок; 15 ? сила роста зерновок.
* Уровень достоверности P ? 0,950.
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
4. Коэффициенты несогласованности (KI и KII) органогенеза у разных сортов озимой ржи (Каменная Степь, Воронежская обл.)
Год, питомник
Таловская 15
KII
KI
Таловская 29
KI
KII
Саратовская 5
KI
KII
1989, ИСИ
2,500
2,200
?
?
2,100
1,000
1990:
ИСИ
2,300
1,300
?
?
3,8
2,900
КСИ по пару
2,400
1,000
3,700
2,700
1,0
0,400
КСИ по непаровому
предшественнику (гороху)
2,100
1,000
?
?
3,9
2,300
1991, ССИ
2,100
1,200
3,900
2,100
?
?
1992, КСИ
0,700
0,600
0,600
0,400
0,5
0,300
1993, КСИ
2,600
1,800
1,900
0,700
1,7
0,700
1994, КСИ
2,500
1,300
1,600
0,700
0,8
0,700
1995:
КСИ
1,700
0,700
?
?
1,7
1,200
ПСИ
2,100
1,000
1,700
0,800
?
?
ЭСИ
2,800
1,800
?
?
1,8
0,700
1996, КСИ
1,300
1,100
1,500
1,200
0,6
0,400
1997:
0,700
1,3
0,900
1,700
1,600
2,700
КСИ
?
?
1,200
2,100
1,100
2,000
ПСИ
1998, КСИ
1,400
0,600
2,500
1,4
2,5
1,200
Среднее
2,080±0,151 1,220±0,120 2,070±0,293 1,240±0,204 1,520±0,324 1,040±0,229
Cv, %
28,2
38,0
46,8
54,6
61,8
76,2
П р и м е ч а н и е. То же, что в таблице 1. ИСИ и ССИ ? соответственно историческое и сравнительное сортоиспытание. Прочерк означает, что сорта в эти годы не изучали.
сильнее разрушаются и демонстрируют снижение продуктивности (в
целом и по отдельных элементам). Показателем этого может служить
величина Cv (13), которая у указанных сортов значительно выше, чем у
сорта Таловская 15 (см. табл. 4). Такими неблагоприятными для отмеченных сортов были условия зимовки 1990 и 1991 годов; в эти же годы
наблюдали многократное повышение коэффициентов КI и КII по сравнению с обычными значениями.
Итак, структурный анализ образцов озимой ржи по З.А. Морозовой позволил получить дополнительную информацию об особенностях
ростовых и морфогенетических процессов. Сорта тетраплоидной ржи отличаются от сортов диплоидной и ее аналогов меньшей интенсивностью
формообразования в I и особенно во II период органогенеза при ее увеличении в III. Сорта нового морфотипа характеризуются большей интенсивностью формообразования в I и во II периоды. Сорта с высокой и
повышенной интенсивностью формообразования в соответствующий период, но с отрицательным эксцессом кривой распределения потенциально перспективны для улучшения. В отношении формообразовательных и
ростовых особенностей в зависимости от эколого-географических условий происхождения и возделывания можно утверждать, что сорта северорусской экологической группы при выращивании в Центрально-Черноземной зоне отличаются от сортов местной селекции высокой интенсивностью формообразования в I и значительно меньшей ? в III период
онтогенеза. В процессе селекции, как свидетельствуют данные ретроспективного анализа сортосмены в зоне, сначала происходило увеличение интенсивности формообразования в III период, затем наметилась
тенденция к ее уменьшению. То есть серьезное внимание необходимо
уделить повышению крупнозерности озимой ржи. Для удобства оценки
методом структурного анализа при работе с большим числом сортов целесообразно использовать предлагаемые нами критерии (коэффициенты)
несогласованности процессов органогенеза. Это позволяет выделить наиболее урожайные сорта и разделить наборы изучаемых сортов на лучшую
и худшую часть. У высокоурожайных сортов процессы органогенеза в те123
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
чение всех периодов онтогенеза более сбалансированы. Для улучшения
сортов нового морфотипа по этому признаку в условиях ЦентральноЧерноземной зоны необходимо уменьшить интенсивность формообразовательного процесса в I и значительно повысить ? в III период онтогенеза. Степень сбалансированности органогенеза ? сортовой признак,
обусловленный интенсивностью формообразования и составом биотипов
в сортовой популяции. На интенсивность формообразования элементов
продуктивности, кроме сортовых особенностей и почвенно-климатических
условий, существенно влияет густота посева.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Ж и в о т к о в Л.А., М о р о з о в а З.А. Методика выявления потенциальной продуктивности и адаптивности сортов озимой пшеницы по урожайности. Аграрная наука,
1994, 5: 23-24.
С а в и т с к и й М.С. О структурной формуле урожайности. Вест. с.-х. науки, 1967, 4:
124-128.
М о р о з о в а З.А., Д в о р я н к и н Ф.А. Морфогенетический анализ динамики сортовых популяций культурных злаков. В сб.: Экологическая физиология и биоценология.
М., 1979: 50-67.
М о р о з о в а З.А. Морфогенетический анализ в селекции пшеницы (методологометодическое пособие). М., 1983.
М о р о з о в а З.А. Основные закономерности морфогенеза пшеницы и их значение
для селекции. М., 1986.
К у м а к о в В.А. Модель современного сорта и место физиологии в ее развитии. В кн.:
Вопросы ботаники Юго-Востока (межвуз. науч. сб.), вып. 6. Саратов, 1988: 20-22.
Т о р о п Е.А. Структура урожайности озимой ржи в связи с разработкой перспективной модели сорта для условий Центрально-Черноземной зоны. Канд. дис. Каменная
степь, 2000.
Т о р о п А.А. Биологическая характеристика тетраплоидных форм озимой ржи в сравнении с исходными диплоидами. Канд. дис. Харьков, 1969.
К о б ы л я н с к и й В.Д. Рожь. Генетические основы селекции. М., 1982.
Д е д я е в В.Г. Наследование и проявление гена Hl в аутотетраплоидных популяциях
озимой ржи. Автореф. канд. дис. Минск, 1990.
А г е е в М.Г. Популяционная изменчивость культурных растений и ее селекционное
значение. Тр. по прикл. бот., ген. и сел., 1987, 100: 248-260.
С и н с к а я Е.Н. Вид и его структурные части на различных уровнях органического
мира. Бюл. ВИР, 1979, 91: 7-24.
Б е р л я н д - К о ж е в н и к о в В.М. Возможности использования коэффициента вариации для анализа количественных признаков у растений. Тр. Ленингр. о-ва естествоиспытателей, 1975, 72(5): 34-45.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
ГНУ НИИ сельского хозяйства ЦентральноЧерноземной полосы им. В.В. Докучаева
Россельхозакадемии,
Поступила в редакцию
20 февраля 2006 года
397463 Воронежская обл., Таловский р-н,
п/о Институт им. Докучаева, участок № 2,
e-mail: [email protected]
ANALYSIS OF CROP STRUCTURE FOR SPIKED GRAINS BY THE
Z.A. MOROZOVA METHOD AND ITS USE IN SELECTION PRACTICE
(by the example of winter rye varieties)
E.A. Torop, A.A. Torop
Summary
On the numerous selection materials in winter rye the authors approved the Z.A. Morozova method of structural analysis. The correlation between crop capacity and equilibrium organogenesis degree in plants was shown. For the raising these parameters in winter rye the authors recommend to select the forms with reduced intensity of form-building during I period of ontogenesis
and with increased ? during III period of ontogenesis.
124
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Юбилейные даты
К 50-летию члена-корреспондента РАСХН А.А. Жученко-младшего
3 ноября 2008 года исполнилось 50 лет ведущему ученому
по проблеме сохранения, изучения и использования генетических
ресурсов растений, доктору биологических наук, члену-корреспонденту РАСХН, директору Научного центра «ЭкоВИЛАР» Александру Александровичу Жученко.
А.А. Жученко родился 3 ноября 1958 года в
г. Торжке Тверской области. В 1980-1989 годах работал научным сотрудником лаборатории частной
генетики Молдавского НИИ орошаемого земледелия и овощеводства (г. Тирасполь). После окончания аспирантуры Института экологической генетики АН Молдавии (г. Кишинев, 1982-1986 годы) в 1986 году он успешно
защищает кандидатскую диссертацию по теме «Изменчивость рекомбинационных параметров в зависимости от архитектуры репродуктивной системы томата» в Институте генетики и цитологии АН Белоруссии (г. Минск).
В 1990 году по конкурсу А.А. Жученко проходит на должность заведующего лабораторией генетики льна Всероссийского НИИ льна Министерства
сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации (МСХиП
РФ, г. Торжок), в 1991-1997 годах ? становится заместителем директора
по научной работе этого института. В 1996 году во Всероссийском НИИ
растениеводства имени Н.И. Вавилова (г. Санкт-Петербург) защищает
докторскую диссертацию «Рекомбинационная изменчивость на органном, организменном и популяционном уровнях у высших растений». В
1997-2004 годах работает заведующим отделом селекции, семеноводства и
генетики, заместителем директора по научной работе и руководителем
Научно-исследовательского центра Всероссийского НИИ лекарственных
и ароматических растений РАСХН (ВИЛАР, г. Москва), в 2004-2005 годах ? директором Всероссийского НИИ карантина растений МСХиП
РФ (пос. Быково Московской обл.), а с 2005 года ? директором Научного центра «ЭкоВИЛАР» (г. Москва). В 1999 году его избирают профессором кафедры генетики и селекции Российского университета Дружбы народов, в 2006 году ? заведующим этой кафедрой. В 2000-2004 годах А.А. Жученко исполняет обязанности заместителя председателя ученого совета по
защите докторских и кандидатских диссертаций ВИЛАР, с 2008 года входит в состав диссертационного совета по защите кандидатских диссертаций при Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниководства.
А.А. Жученко ? ведущий ученый в области сохранения, изучения
и использования генетических ресурсов растений, достойно продолжающий традиции династии. Им комплексно исследованы мировые коллекции диких видов, сортов и многомаркерных мутантов томата, льна и других культур. Национальная коллекция русского льна, созданная под его
руководством, признана экспертами FAO FLAX NETWORK (The Food and
Agricultural Organisation of the United Nations, FAO ? Продовольственная и
125
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
сельскохозяйственная организация ООН, ФАО ООН) лучшей в мире.
А.А. Жученко впервые установил рекомбинационную изменчивость
на органном и организменном уровнях у высших растений, экспериментально обосновал единицу учета в гибридологическом анализе высших растений. Предложенный оригинальный подход, примененный в его исследованиях, позволил получить новые данные о взаимосвязи рекомбинации и
селективной элиминации, рекомбинации и квазисцепления, рекомбинации
и гетерозиса. В научных работах А.А. Жученко показана роль мировых генетических центров происхождения культурных растений в экологической
и фитосанитарной безопасности.
А.А. Жученко автор 15 изобретений и патентов, 6 новых сортов и
форм (томат, лен, шалфей), более 155 научных публикаций (в том числе
37 зарубежных), 3 монографий и учебного пособия. Он осуществлял руководство международным проектом «Евролен» (1991-2001 годы), был членом рабочей группы по льну при ФАО ООН и в Фонде фундаментальных
исследований Белоруссии (1993-1997 годы), председателем Международного
Союза «Национальная коллекция русского льна» (1995-2002 годы). Он
возглавляет инновационный проект «Средоулучшающие фитотехнологии» (2006-2009 годы), является членом Национальной ассоциации специалистов восстановительной медицины (АСВОМЕД), входит в состав редакционных советов ряда журналов.
В настоящее время А.А. Жученко активно развивает новое научное
направление по экофитозащите мегаполисов на основе мобилизации мировых генетических ресурсов растений и создания средоулучшающих фитотехнологий. Цель этих исследований ? сохранение, комплексное изучение и увеличение биоразнообразия растений, гармонизация внутренней
(эндогенной) и внешней (экзогенной) среды человека на основе использования современных методов экологической генетики и восстановительной
медицины.
А.А. Жученко-младший награжден Министерством сельского хозяйства Российской Федерации золотой медалью «За вклад в развитие агропромышленного комплекса России». Постановлением Президиума Российской
академии сельскохозяйственных наук (№ 10 от 9 октября 2008 года) он награжден Почетной грамотой.
От всей души поздравляем юбиляра, желаем ему здоровья и новых
творческих успехов.
Академик РАМН
Н.А. Агаджанян
Академик РАМН и
РАСХН В.А. Быков
Академик РАСХН
И.М. Куликов
Редакция и редакционный совет журнала «Сельскохозяйственная биология» от всей души поздравляют Александра Александровича Жученко-младшего с юбилеем и желают здоровья,
счастья, успехов и новых достижений.
126
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
СОДЕРЖАНИЕ
ОБЗОРЫ, ПРОБЛЕМЫ, ИТОГИ
Хакимова А.Г., Митрофанова О.П. Пуроиндолины в связи с перспективами селекции мягкой пшеницы на качество и устойчивость (обзор иностранной
литературы) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Харитонов Е.М., Гончарова Ю.К. Показатели продуктивности у сортов риса отечественной селекции при повышенных температурах в связи с проблемой
глобального изменения климата . . . . . . . . . . . . . . . .
Пивоваров В.Ф., Добруцкая Е.Г., Солдатенко А.В. Экологические методы селекции салата на минимальное накопление радионуклидов (137Сs) . . . . .
Казаков И.В., Евдокименко С.Н., Кулагина В.Л. Селекционные возможности
создания ремонтантных сортов малины для машинной уборки урожая . .
3
16
21
28
ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ
Шихмурадов А.З. Устойчивость образцов твердой пшеницы Triticum durum L. к
засолению почвы хлоридом натрия . . . . . . . . . . . . . . .
Баталова Г.Д., Русакова И.И. О наследовании признака голозерности у ярового овса .
Омельянюк Л.В., Калашник Н.А. Изменчивость и генетический контроль продуктивности растения в зависимости от гидротермических условий у сортов
гороха и их гибридов F1 от диаллельных скрещиваний . . . . . . . .
Железнов А.В., Железнова Н.Б., Бурмакина Н.В. Оценка степени дивергенции
корреляционных структур различных систематических категорий на примере амаранта (Amaranth L.) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
38
43
50
КУЛЬТУРА ТКАНИ В СЕЛЕКЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ
Лапшин Д.А., Кузнецова Т.Н. Динамика прорастания пыльцы и роста пыльцевых трубок in vitro у гибридов облепихи крушиновидной разного экологогеографического происхождения . . . . . . . . . . . . . . . .
54
ФИЗИОЛОГИЯ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА
Ионова Н.Э., Хохлова Л.П., Валиуллина Р.Н. и др. Роль отдельных органов в
продукционном процессе у растений яровой пшеницы разного экологогеографического происхождения . . . . . . . . . . . . . . . .
Козлобаев В.В., Ермакова Н.В. Особенности роста и развития озимой твердой и
тургидной пшеницы в условиях лесостепных районов ЦентральноЧерноземной зоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Котова З.П. Развитие растений и потенциальная продуктивность у районированных
сортов картофеля в Северном регионе в зависимости от погодных условий . .
60
68
72
ГЕНЕТИКА И ФИЗИОЛОГИЯ АЗОТФИКСАЦИИ
Онищук О.П., Румянцева М.Л., Проворова Н.А. и др. Изменчивость штаммов
Sinorhizobum meliloti по признакам, определяющим сапрофитную выживаемость и симбиотическую эффективность в условиях засоления . . . . .
Глянько А.К., Митанова Н.Б., Макарова Л.Е. и др. Влияние азотсодержащих
соединений на рост клубеньковых бактерий в культуре и их взаимодействие
с корнями проростков гороха . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
83
ИММУНИТЕТ И ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ
Токарев С.В., Кононенко Г.П., Соболева Н.А. и др. Токсинообразование у популяций Fusarium poae, поражающих зерно хлебных злаков в Уральском и Западно-Сибирском регионах . . . . . . . . . . . . . . . . .
Оразов О.Э., Никитина В.С. Развитие растений огурца, зараженных вирусом
табачной мозаики, при обработке флавоноидсодержащими концентратами
89
93
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ
РАСТЕНИЙ
Семенихин В.И., Семенихин И.Д. Оптимизация агротехнологии получения промышленных плантаций золотарника канадского при совместных посевах с
однолетними сельскохозяйственными культурами и ромашкой аптечной в
условиях Московской области . . . . . . . . . . . . . . . .
Тимофеев Н.П. Накопление и изменчивость содержания экдистероидов в лекарственном сырье левзеи сафлоровидной . . . . . . . . . . . . .
99
106
МЕТОДИКА
Тороп Е.А., Тороп А.А. Метод анализа структуры урожая зерновых колосовых по
З.А. Морозовой и его применение в селекционной практике (на примере
сортов озимой ржи) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
118
Юбилейные даты (к 50-летию члена-корреспондента РАСХН А.А. Жученко-младшего)
(академик РАМН Н.А. Ахаджанян, академик РАМН и РАСХН В.А. Быков,
академик РАСХН И.М. Куликов) . . . . . . . . . . . . . . .
125
Новые книги
15, 20, 27, 33, 37, 42, 49, 59, 67, 71, 76, 82, 88, 92, 98, 117
Научные собрания
105
127
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
AGRICUTURAL BIOLOGY, 2009, № 1
CONTENTS
Khakimova A.G., Mitrofanova O.P. Puroindolines and prospects of selection of soft
wheat on quality and resistance (review) . . . . . . . . . . . . . .
Kharitonov E.M., Goncharova Yu.K. Productivity indices in rice varieties of native selection
under heightened temperatures in connection with global climate change problem . .
Pivovarov V.F., Dobrutskaya E.G., Soldatenko A.V. Ecological methods of lettuce breeding on minimal accumulation of radioactive nuclide (137Cs) . . . . . . . .
Kazakov I.V., Evdokimenko S.N., Kulagina V.L. Selective potential to create the everbearing raspberry varieties for machine harvesting . . . . . . . . . . .
Shikhmuradov A.Z. Resistance of variants of Triticum durum L. to soil salinization by
sodium chloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Batalova G.A., Rusakova I.I. About inheritance of bare-grain determinant in spring oats
Omel?yanyuk L.V., Kalashnik N.A. Variability and genetic control of productivity in pea varieties
and their hybrids F1 from diallel crossing in connection with hydrothermic conditions .
Zheleznov A.V., Zheleznova N.B., Burmakina N.V. Estimation of degree of divergence of
correlated structures of different systematic categories by the example of Amaranth L.
Lapshin D.A., Kuznetsova T.N. Dynamics of pollen germination and growth of pollen tubes in
vitro in Hippopha rhamnoides L. hybrids of different ecologo-geographic origin . . .
Ionova N.E., Khokhlova L.P., Valiullina R.N. e.a. Role of individual organs in productive process in spring wheat plants of different ecologo-geographical origin . . .
Kozlobaev V.V., Ermakova N.V. Features of the growth and the development of winter
durum and turgid wheat in conditions of the forest-steppe region of the Central
Chernozem zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Kotova Z.P. Development and potential productivity of regionalizing sorts of potatoes
depending on the weather conditions of the North region . . . . . . . .
Onishchuk O.P., Rumyantseva M.L., Provorov N.A. e.a. Variability of Sinorhizobium
meliloti strains for the properties determining the saprophytic survival and symbiotic efficiency under the salinity conditions . . . . . . . . . . . . .
Glyan?ko A.K., Mitanova N.B., Makarova L.E. e.a. Effect of nitrogen-containing compounds on the growth of root nodule bacteria in culture and their interaction with
roots of peas seedlings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tokarev S.V., Kononenko G.P., Soboleva N.A. e.a. Toxin production in population Fusarium poae on corn of cereals in Ural and Western Siberia . . . . . . . .
Orazov O.E., Nikitina V.S. Development of the cucumber plants infected by tobacco
mosaic virus after their treatment by flavonoid-bearing concentrates . . . . .
Semenikhin V.I., Semenikhin I.D. Optimization of agrotechnology of creation of commercial plantation of canadian goldenrod (Solidago canadensis L.) during combined sowing with annual agricultural cultures and camomile in the conditions of
Moscow oblast? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Timofeev N.P. Accumulation and variability of the ecdysteroids content in medicinal
raw material of Rhaponticum carthamoides . . . . . . . . . . . . .
Torop E.A., Torop A.A. Analysis of crop structure for spiked grains by the Z.A. Morozova
method and its use in selection practice (by the example of winter rye varieties) . .
3
16
21
28
34
38
43
50
54
60
68
72
77
83
89
93
99
106
118
ОАО «АГЕНТСТВО ПО РАСПРОСТРАНЕНИЮ
ЗАРУБЕЖНЫХ ИЗДАНИЙ»
Создано 1 октября 1963 года с целью дальнейшего улучшения дела распространения зарубежных газет и журналов и повышения качества операций, связанных с экспортом советской
печати за границу.
Агентство осуществляет доставку и экспедирование печатной продукции по разным системам
распространения по России, странам СНГ и дальнего зарубежья c любого срока с соблюдением всех таможенных формальностей.
НАШ АДРЕС:
107996 г. Москва, ГСП, И-110
Протопоповский переулок
дом 19, корпус 17
128
Тел.: (495) 680-89-87, (495) 680-90-88
Факс: (495) 631-62-55
E-mail: [email protected], www.arzi.ru
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
39 ЛЕТ В ПОЛИГРАФИИ
ТИПОГРАФИЯ
?????????????????? ?????????
????? ? ?????????, ??????
????????????? ????? ??????
Адрес офиса: 127434 Москва, Дмитровское ш., д. 11, офис 244
(метро «Тимирязевская»)
? (495) 976-35-78
? (495) 976-21-12 (факс)
8-916-451-43-96 (мобильная связь)
Адрес типографии (производство): 115598 Москва, ул. Ягодная, д. 12
? (495) 329-45-00, 329-45-11, 325-52-00
E-mail: [email protected]
1-128.
2009. № № 1.
??????????? ????? ?????????? ???????,
????????? ?????? (?? 100 ???.), ?????? ????
С. х. биология.
???????? ??????, ??????? ????????, ?????
? ?????????, ???????, ???????, ?????,
?????????????, ????????, ???????
ISSN 0131-6397.
ТИПОГРАФИЯ ИМЕЕТ ШИРОКУЮ СПЕЦИАЛИЗАЦИЮ
И РАСПОЛАГАЕТ КОМПЛЕКСОМ ПОЛИГРАФИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ПОЗВОЛЯЮЩИМ ИЗГОТАВЛИВАТЬ ПРОДУКЦИЮ
ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА И В ПРЕДЕЛЬНО СЖАТЫЕ СРОКИ
Индекс 70804
РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ
А.М. Накопление и роль подстилки в травяных сообществах. Л., 1977.
19. Справочник по заготовкам лекарственных растений /Под ред. Д.С. Ивашина, З.Ф. Катиной, И.З. Рыбачук и др. Киев, 1989.
20. Р а з у м о в В.А. Справочник лаборанта-химика по анализу кормов. М., 1996.
21. П у н е г о в В.В., С а в и н о в с к а я Н.С. Метод внутреннего стандарта для определения экдистероидов в растительном сырье и лекарственных формах с помощью ВЭЖХ.
Растительные ресурсы, 2001, 37(1): 97-102.
22. А л е к с е е в а Л.И., Т е т е р ю к Л.В., В о л о д и н В.В. Динамика содержания экдистероидов у Ajuga reptans L. на северной границе ее ареала. Растительные ресурсы,
1998, 34(4): 56-62.
23. Z i b a r e v a L. Distribution and levels of phytoecdysteroids in plants of the genus Silene during development. Arch. Insect. Biochem. Physiol., 2000, 43(1): 1-8.
24. Т и м о ф е е в Н.П. Возраст и динамика плотности Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin и Serratula coronata L. (Asteraceae) на Европейском Севере. Растительные ресурсы,
2005, 41(3): 1-13.
Научно-производственное предприятие «КХ БИО»,
165650 Архангельская обл., г. Коряжма, просп. Ленина, 47а-55,
e-mail: [email protected]
Поступила в редакцию
21 августа 2007 года
ACCUMULATION AND VARIABILITY OF THE ECDYSTEROIDS CONTENT
IN MEDICINAL RAW MATERIAL OF Rhaponticum carthamoides
N.P. Timofeev
Summary
In the conditions of European North and during 17-years life cycle of agropopulation the
author studied the connatural laws, influencing on productive longevity, accumulation of ecdysteroids and variability of quality of medicinal raw material of Rhaponticum carthamoides. It was established, that the potential of productive longevity of the species is based on system of vegetative polycyclic shoots. Accumulation of effective substances (ecdysteroids) in an ontogenesis positively correlates with productivity of above-ground organs with the minimum registrated under drought conditions. Dynamics of the contents ecdysteroids in separate fractions and elements phytomass is combined with process of formation of propagules at which there is redistribution from old in favour of
growing and developing organs.
Новые книги
П и к у н П.Т., С и к о р с к и й А.В.,
К о р о т к о в М.М. и др. Многолетние
травы: факторы, влияющие на стабильность урожая. Мозырь: ООО ИД «Белый
Ветер», 2007, 157 с.
М и р о н о в а Л.Н., Р е у т А.А., А н и щ е нк о И.Е. Итоги интродукции и селекции декоративных травянистых растений в Республике
Башкортостан. Ч. 2. М.: изд-во «Наука», 2007,
125 с.
В монографии обобщены научные и практические достижения белорусских ученых и ученых бывшего СССР по
повышению семенной продуктивности
многолетних трав за счет привлечения и
использования опылителей растений: домашних пчел, диких одиночных пчел и
шмелей. Обсуждается комплекс мероприятий по борьбе с вредителями, болезнями и сорной растительностью в семеноводческих посевах. Дана оценка возможности получения семян многолетних
трав высоких посевных кондиций и дополнительно высококачественных продуктов пчеловодства. Приведены рекомендации по привлечению опылителей в
целях получения стабильных урожаев семян многолетних трав. Описаны основные вредители и болезни многолетних
трав и даны рекомендации по применению пестицидов в борьбе с ними.
В монографии впервые обобщены результаты интродукционного изучения декоративных травянистых растений класса Однодольные в открытом грунте и итоги селекционной
работы с ними, проведенной сотрудниками Ботанического сада-института Уфимского НЦ
РАН за период с 1932 по 2005 годы. Показан
вклад ведущих специалистов-цветоводов Башкирии в решение проблемы сохранения и расширения биоразнообразия, рассматриваются основные направления работ и используемые методы. Представлены сведения по биологии, географическому распространению и культуре растений ? представителей 13 семейств, 30 родов,
175 видов и разновидностей. Уделено внимание
особенностям роста и развития, морфологическим признакам растений при интродукции.
Выделены перспективные виды и сорта для использования в декоративном садоводстве в Республике Башкортостан; даны рекомендации по
их агротехнике и способам размножения.
117
Copyright ??? «??? «??????» & ??? «A???????? K????-C?????»
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, № 1
Методика
УДК 633.14«324»:631.527
МЕТОД АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ УРОЖАЯ ЗЕРНОВЫХ КОЛОСОВЫХ
ПО З.А. МОРОЗОВОЙ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В СЕЛЕКЦИОННОЙ
ПРАКТИКЕ
(на примере сортов озимой ржи)
Е.А. ТОРОП, А.А. ТОРОП
На обширном селекционном материале озимой ржи апробировали метод структурного
анализа, предложенный З.А. Морозовой. Показана связь между урожайностью и степенью
сбалансированности органогенеза растений. Для повышения этих показателей у озимой ржи
рекомендуется вести отбор на уменьшение интенсивности формообразования в I и увеличение ?
в III период онтогенеза.
Ключевые слова: урожайность, озимая рожь, метод анализа, органогенез.
Key words: cropping, power, winter rye, method of analysis, organogenesis.
Известно, что оценка структуры урожая позволяет установить закономерности его формирования в зависимости от генотипа и многообразия
факторов внешней среды, поэтому элементы структуры урожая могут служить объектом не только анализа, но и синтеза новых сортов и технологий.
Растениеводы и селекционеры уделяют много внимания величине
и структуре урожайности. Так, Л.А. Животков и З.А. Морозова утверждают (1), что в показателе «урожайность зерна в ц/га» аккумулируются все
поведенческие реакции сортов на факторы выращивания. То же, вероятно, имел в виду М.С. Савитский (2), обсуждая роль комплекса условий
окружающей среды, влияние которого, по его мнению, может быть учтено
количественно через элементы структуры урожая, формирование которых
до известной степени отражает состояние внешних факторов на соответствующих этапах роста и развития растений.
Значительный вклад в понимание особенностей формирования продуктивности и ее реализации вносят работы Ф.А. Дворянкина и его учеников (3-5). Ими предложен метод структурного анализа, наиболее полно изложенный в работе З.А. Морозовой (4). Он, в ч?
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
74
Размер файла
2 495 Кб
Теги
3277
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа