CC BY
107
Вестник ОрелГАУ, 6(57), Декабрь 2015, http://dx.doi.org/10.15217/issn1990-3618.2015.6.18 УДК / UDK633.12:581.144.4:581.132
ГЕНО- И ФЕНОТИПИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА ЛИСТЬЕВ У РАСТЕНИЙ ГРЕЧИХИ
GENOTYPIC AND PHENOTYPIC PECULIARITIES OF MANIFESTATION OF THE INTENSITY OF PHOTOSYNTHESIS IN THE LEAVES OF BUCKWHEAT PLANTS
Амелин А.В.1*, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Amelin A.V., doctor of agricultural sciences, professor Фесенко А.Н.2, доктор биологических наук Fesenko A.N., doctor of biological sciences Заикин В.В.1, научный сотрудник Zaikin V.V., researcher Юрловский государственный аграрный университет, Орел, Россия Orel State Agrarian University, Orel, Russia 2Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных
культур, Орел, Россия The All-Russian Research Institute of Legumes and Groat Crops, Orel, Russia
E-mail: amelin 1Q0@mail.ru
АННОТАЦИЯ
В полевых условиях на интактных растениях 23 сортообразцов гречихи были впервые изучены гено- и фенотипические особенности проявления интенсивности фотосинтеза листьев у растений гречихи в связи с селекцией на высокую и стабильную урожайность семян. Показано, что селекцию гречихи на активизацию процессов фотосинтеза можно проводить, используя как перспективный генетический материал для гибридизации, так и массовый внутрипопуляционный отбор растений. Для этого из генофонда культуры выделены образцы с высоким значением интенсивности фотосинтеза и рекомендованы для использования в селекции.
ABSTRACT
In the field on intact plants of 23 varieties of buckwheat were first studied genotypic and phenotypic peculiarities of manifestation of the intensity of photosynthesis in the leaves of buckwheat plants in connection with breeding for high and stable seed yield. It is shown that the selection of buckwheat on the intensification of the processes of photosynthesis can be done using not only the promising genetic material for hybridization, and mass intrapopulation selection. To do this from the gene pool of the culture of the selected samples with high intensity of photosynthesis and is recommended for use in breeding.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Гречиха, интенсивность фотосинтеза, селекция, сорт. KEY WORDS
Buckwheat, the intensity of photosynthesis, selection, varieties.
Фотосинтез играет важнейшую роль в формировании урожая [11,12,8]. Однако в результате селекции у многих сельскохозяйственных культур не выявлено положительное влияние активности фотосинтеза на рост урожайности[1,3,7,15], хотя за счет данного физиологического процесса образуется свыше 95% сухого вещества урожаев [11]. По-видимому, это обусловлено тем, что фотосинтез представляет собою весьма сложный по организации и функционированию процесс, трудно поддающийся эндогенному регулированию [8, 10]. Поэтому стоит задача, у каждой сельскохозяйственной культуры выявить особенности проявления взаимосвязей фотосинтеза и продукционного процесса и найти эффективные пути их управления. Эта задача особую актуальность приобретает на современном этапе селекции, ввиду того, что сорт в настоящее время стал основным фактором формирования урожая и, очевидно, его роль в обеспечении дальнейшего прогресса сельского хозяйства только будет нарастать [2,6,9,14].
В этой связи большой интерес представляет изучение гено- и фенотипических особенностей проявления интенсивности фотосинтеза листьев у растений гречихи, как наиболее востребованной культуры на агропродовольственном рынке России.
Исследования проводились совместно с селекционерами Всероссийского НИИ зернобобовых и крупяных культур (ФГБНУ ВНИИЗБК) в рамках тематического плана ЦКП Орловского ГАУ «Генетические ресурсы растений и их использование» в соответствии с техническим заданием Министерства сельского хозяйства РФ по конкурсному проекту «Изучение адаптивных и продуктивных возможностей генофонда зерновых, зернобобовых, крупяных, масличных и плодово-ягодных культур и выделение перспективного генетического материала для создания отечественных конкурентоспособных сортов по обеспечению импортозамещения в растениеводстве».
Объектами исследований являлись 23 сортообразца культуры, которые условно были разделены на 4 группы: местные (К-406 и К-1709); селекции 1930 - 1970-х гг. (Калининская, Богатырь и Шатиловская 5) и современные сорта (Чатыр - Тау, Дождик, Деметра, Башкирская красностебельная, Дикуль, Батыр, Уша, Дизайн, Девятка и Инзерская) и перспективные сорта (Р 84, Р 66 Дикуль мелкоцветковый, Дикуль мелкоцветковый, Р 85, Дизайн 2/06 зеленоцветковый, СПР 52/09, Р 70 красноцветковый и Р 69 D.f.c.).
Опытный материал выращивался в селекционном севообороте. Площадь делянки составляла 10м2, размещение - рендомизированное, повторность 4-х кратная. Уход за посевами и уборка выполнялись в соответствии с методическими рекомендациями для региона [13].
Интенсивность фотосинтеза (ИФ) определяли на интактных растениях в режиме реального времени с помощью портативного газоанализатора марки Ы-СОР - 6400 по оригинальной методике фирмы Ш-СОР
Полученные экспериментальные данные обработаны с помощью современных компьютерных программ с учетом методических рекомендаций Б.А. Доспехова [4].
Полученные данные подтверждают, что у гречихи, как и других сельскохозяйственных культур, интенсивность фотосинтеза листьев растений существенно зависит от метеорологических условий их произрастания. Так, в 2010 году с ярко выраженным проявлением засухи на протяжении почти всего периода вегетации, интенсивность фотосинтеза листьев составляла всего 8,58 ^то1 С02/т^, что было в 1,4 раза меньше, по сравнению с менее экстремальными погодными условиями. Максимальное значение интенсивности фотосинтеза отмечалось в 2012 году, наиболее благополучном для гречихи по увлажнению и температуре воздуха. В этот год значение рассматриваемого показателя у растений культуры достигало уровня 16,21 ^то1 С02/т^, что на 89% было больше, чем в засушливом 2010 году (рис. 1).
По нашему мнению, высокая зависимость ИФ растений гречихи от погодных условий их произрастания является одной из главных причин формирования культурой низкой и нестабильной продуктивности. В 2010 засушливом году, когда отмечалась самая низкая интенсивность фотосинтеза листьев в фазу налива семян, сухая масса надземных органов растений была на 40,3%, а масса семян - на 66,2% меньше, по сравнению с 2011-2015 годами. Коэффициент корреляции между ИФ и общей продуктивностью растений гречихи в годы исследований был достоверным и составлял в среднем + 0,36, а связь с массой семян хотя и была менее значимой (+0,25), но тоже носила положительный характер (рис.2).
Установлено, что значимое влияние интенсивности фотосинтеза на продукционный процесс растений гречихи положительным образом было использовано искусственным отбором, хотя и неосознанно. В результате селекции культуры интенсивность фотосинтеза листьев в период формирования и налива семян увеличилась у растений в среднем на 13%.
Это согласуется с результатами исследований других ученых, которые показали, что активность газообменного процесса у растений гречихи обыкновенной и особенно культурного подвида (Р. езси!еп(ит ввр. езси!еп(ит) существенно повысилась не только в процессе искусственного, но и естественного отбора [5].
Причем, наиболее значимые изменения в интенсивности фотосинтеза культурного подвида Р. езси!еп(ит ввр. Евси!е^ит произошли, по нашим данным, в середине прошедшего столетия, при переходе к сортам интенсивного типа - с повышенным Кхоз., ограниченным боковым ветвлением, устойчивых к полеганию и осыпанию (рис. 3)
Рисунок 1 - Интенсивность фотосинтеза (^то1 С02/т2э) листьев гречихи в разные годы
исследований, фаза цветение + 10 дней
н «
Й &
н И
ч
о &
в
к
Й
о
и
0
1,43
2010 г.
1
цц
■ ■ I
2011 г.
2012 г.
2013 г.
2014 г.
2015 г.
18 16 14
5С
12 | г/
О
10 и "©
8 |
6 ©* В
4 2
0
Семенная продуктивность Общая биомасса ^^"Интенсивность фотосинтеза
Рисунок 2 - Интенсивность фотосинтеза листьев и продуктивность растений гречихи в
разные годы исследований
Результаты проведенных исследований указывают, что эффективность селекционной работы в данном направлении может быть намного успешней, если ее проводить целенаправленно. В годы исследований генотипический интервал варьирования интенсивности фотосинтеза листьев в фазу образования плодов у растений гречихи находился в пределах 4 - 16 ^то1 CO2/m2s. Среди изученных генотипов максимальной активностью поглощения молекул СО2 листьями обладали мелколисточковый сорт Дикуль и перспективная форма Р84, которые могут быть использованы для гибридизации, как исходный перспективный материал (рис.4).
6
5
4
3
2
Рисунок 3 - Интенсивности фотосинтеза листьев в фазу плодообразования (цветение + 10 дней) у сортообразцов гречихи разных периодов селекции, среднее за 2010-2015 гг.
Рисунок 4 - Генотипический интервал варьирования ИФ листьев у растений гречихи в фазу плодообразования (цветение + 10 дней), среднее 2010-2015 гг.
Таким образом, проведенные исследования дают основание заключить, что фотосинтетическая активность листьев у растений гречихи играет важную роль в достижении более высокой и стабильной урожайности культуры в процессе селекции. Поэтому было бы целесообразно, выведение новых сортов проводить на основе применения как традиционных, так и новых методов, к которым следует отнести оценку генотипов гречихи по показателям активности фотосинтеза и эффективности использования преобразованной фотоэнергетики в продукционном процессе растений.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Абдуллаев, Х.А. Интенсивность фотосинтеза и урожайность сортов тонковолокнистого хлопчатника / Х.А. Абдуллаев, Х.Х. Каримов, Б.Б. Гиясиддинов, Б.А. Солиева, Х.М. Миракилов, М.М. Саиднабиев // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. - 2010. - №5(Т.53). - С. 398-404.
2. Амелин, А.В. Морфофизиологические основы повышения селекции гороха /А.В. Амелин: автореферат дисс... на соискание ученой степени доктора с.-х. наук - М., 2001 - 46 с.
3. Беликов, П.С. Интенсивность фотосинтеза у различных видов рода Triticum / П.С. Беликов, М.В. Моторина, Е.Б. Куркова // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. - 1961. - №.5 (42). - С.44-54.
4. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) [Текст]: учебное пособие / Б.А. Доспехов. - 5-е изд., доп. и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351с.
5. Дроздов, С.Н. Свето-температурная характеристика СО2-газообмена растений гречихи обыкновенной / С.Н. Дроздов, В.К. Курец, А.П. Лаханов, Г.В. Наполова, Э.Г. Попов, А.В. Таланов, Е.С. Холопцева // Сельскохозяйственная биология. - 2004. - № 5. - С. 76-81.
6. Жученко, А.А. Адаптивная система селекции растений (эколого-гинетические и экономические основы) / А.А. Жученко // Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур в России в рыночных условиях. - М.: ЭкоНива. - 2011. - С. 52 - 61.
7. Кумаков, В.А. Фотосинтетическая деятельность растений в аспекте селекции // Физиология фотосинтеза / Под ред. Ничипоровича А.А. - М.: Наука, 1982. - С. 283.
8. Мокроносов, А.Т. Онтогенетический аспект фотосинтеза / А.Т. Мокроносов. - М.: Наука, 1981. - 169 с.
9. Мокроносов, А.Т. Фотосинтез. Физиолого-экологические и биохимические аспекты / А.Т. Мокроносов, В.Ф. Гавриленко. - М.: Наука, 1992.
10. Насыров, Ю.С. Генетическая регуляция формирования и активности фотосинтетического аппарата / Ю.С. Насыров // Физиология фотосинтеза. - М.: Наука, 1982. - С. 146-164.
11. Ничипорович, А.А. Теория фотосинтетической продуктивности растений / А.А. Ничипорович // Итоги науки и техники. Физиология растений. Теоретические основы продуктивности растений. - М.: ВИНИТИ, 1977. - Т.3. - С. 11-55.
12. Ничипорович, А.А. Энергетическая эффективность фотосинтеза и продуктивность растений / А.А. Ничипорович. - Пущино: НЦ БИ АН СССР, 1979. - Т.3. - 37 с.
13. Ресурсосберегающая технология производства гречихи. Методические рекомендации. -Орел: ГНУ ВНИИЗБК, 2009. - 40с.
14. Созинов, А.А. Селекционно-генетические аспекты повышения продуктивности и качества зерна пшеницы /А.А. Созинов // Фотосинтез и продукционный процесс / Под ред. Ничипоровича А.А. - М.: Наука, 1988. - С. 226-237.
15. Evans, L.T. Morphological and physiological changes among rice varieties used in the Philippines over the last seventy years / L.T. Evans, R.M. Visperas, B.S. Vergara // Field Crops Res. - 1984. - V. 8. - P. 105-124.
