CC BY
2УДК 581. 132. 633. 11
НЕКОТОРЫЕ ХОЗЯЙСТВЕННО-ЦЕННЫЕ ПРИЗНАКИ ТВЕРДОЙ ПШЕНИЦЫ В УСЛОВИЯХ ДЛИТЕЛЬНОЙ ПОЧВЕННОЙ ЗАСУХИ В ТАДЖИКИСТАНЕ
КОБИЛОВ ЮСУФДЖОН ТОШМУРОДОВИЧ
Ведущий научный сотрудник лаборатории биохимии фотосинтеза, к.б.н., Институт ботаники, физиологии и генетики растений Национальной академии наук Таджикистана
АБДУЛЛАЕВ АБДУМАНОН
Заведующий лабораторией биохимии фотосинтеза, д.б.н., член-корр. НАНТ, Институт ботаники, физиологии и генетики растений Национальной академии наук Таджикистана
САИДМУРОДЗОДА НЕКРУЗ ГАЙБУЛЛО
Младший научный сотрудник лаборатории биохимии фотосинтеза, Институт ботаники, физиологии и генетики растений Национальной академии наук Таджикистана
Аннотация. Изучены некоторые хозяйственно-ценные признаки твердой пшеницы в условиях длительной почвенной засухи. Показано, что сорт Шамъ имел заметное преимущество в сравнении с сортом Президент и видом Т. рвЬтепш по показателям: масса колоса, количество зерен и масса зерна в одном колосе. Установлено что, в зерне сорта Президент в условиях почвенной засухи содержание крахмала снижается почти на 6%, а суммарного белка увеличивается на 3%, у сорта Шамъ содержание крахмала снижалось на 9%, а белка увеличилось более чем на 4%.
Ключевые слова: сухая биомасса, клетчатка, крахмал, белок, зола, структура колоса.
В последние годы внимание многих исследователей направлено на изучение действия глобальных климатических изменений на экосистемы. В первую очередь, это вызвано тем, что развитие промышленности привело к выбросу в атмосферу большого количества веществ, которые оказывают вредное воздействие на окружающую среду и жизнедеятельность человека [1, р. 16-32; 2, р. 1823-1827; 3, р. 2839-2844; 4, р. 2791 -2804; 5, р. 523-542]. Это вынуждает вплотную заняться изучением адаптационных возможностей живых организмов, механизмов устойчивости растений к изменениям климата [6, р. 265-283; 7, р. 2775 -2789; 4, р. 2791-2804].
Глобальное потепление может представлять большую угрозу человечеству, так как урожайность сельскохозяйственных культур может резко сокращаться. С другой стороны, в середине 21 века население земного шара увеличится в 2 раза, что требует обеспечения их питанием. По-видимому, в условиях глобального изменения климата обеспечение человечества питанием будет серьезной проблемой. Повышение температуры вызывает усиление засухи, и на протяжении длительного времени может увеличиться испарение воды с поверхности почвы, что и приведет к высушиванию корнеобитаемого слоя почвы и повышению содержания солей в нем [8, 764 р.; 9, 159 с.]. Как следует из этого, изменение климата может индуцировать дополнительные стрессовые факторы, которые могут сильно воздействовать на продукционные процессы сельскохозяйственных растений. В связи с этим в развитых странах усиленно изучается влияние изменения климата на физиолого-биохимические процессы важнейших сельскохозяйственных культур [10, р. 16-32; 11, р. 2805-2816; 5, р. 523-5425, р. 523-542]. Пшеница является основной культурой, используемой на всех континентах земного шара, в том числе и в Таджикистане, как источник питания для человека. Пшеница - одна из наиболее древних и распространенных культур, и она служит основным продуктом питания примерно для 35 % населения земли. Ее ценность в большой степени определяется ее химическим составом, технологическими и пищевыми
достоинствами. Это свойство тесно связано с особенностями сортов и условиями их выращивания [12, с. 11-21; 13, 22 с.; 14, с. 148-152; 15, с. 33-38].
1. В связи с этим, для исследования физиологии устойчивости сельскохозяйственных растений к засухе вовлекаются различные культуры, в том числе и пшеница, которые используются как источник питания населения в Таджикистане. В настоящее время мало исследовано влияние почвенной засухи на хозяйственно-ценные показатели пшеницы, что и явилось целью данной работы.
2. Объектами наших исследований служили сорта Президент и Шамъ твёрдой пшеницы (Triticum durum Desf.), которые выведены в Таджикском научно-исследовательском институте земледелия, и разновидность v. heidelbergi вида T. polonicum, который был завезен из Сирии (г. Алеппо, ИКАРДА) и Российской Федерации -Всероссийского института растениеводства имени Н.И. Вавилова (ВИР). Полевые опыты проводились на экспериментальном участке Института ботаники, физиологии и генетики растений Национальной академии наук Таджикистана (г. Душанбе), расположенном в восточной части Гиссарской долины на высоте 834 м над ур. м. Растения выращивались в вегетационных сосудах (12 кг почвы). Посевы были проведены в весенние сроки. Сосуды с растениями были разделены на две группы: первая - растения выращивались в условиях почвенной засухи (опыт) - влажность почвы 45-50% от предельной полевой влагоёмкости (1111В); вторая - растения выращивались в оптимальных условиях почвенной влажности (контроль) - 75-80% от ППВ.
Определение параметров роста и развития проводили по Б.А. Доспехову (1985) [1, 351 с.], структурный анализ по В.А. Кумакову (1985) [17, 270 с.].
Определение биохимического состава зерен (содержание белка, крахмала и клетчатки) проводили с помощью универсального многофункционального ИК анализатора с диодной матрицей DA 7200 фирмы Perten Instruments (Швеция) в лаборатории Государственной комиссии по сортоиспытанию новых сортов сельскохозяйственных культур и защите сорта при Министерстве сельского хозяйства Республики Таджикистан.
Статистический анализ полученных результатов проводили по методике В.А. Доспехова (1985) [1, 351 с.] и М.А. Бабаджановой и др. (2017) [18, 136 с.] с использованием программы Microsoft Exel 2010 г.
В таблице 1 представлены данные по динамике нарастания сухой биомассы по фазам развития (г/растение). Как видно из таблицы 1, максимальное количество сухой биомассы у всех изученных сортов формируется в фазе молочно-восковой спелости. Однако у разновидности T. polonicum v. heidelbergi по сравнению с сортами Президент и Шамъ снижение сухой биомассы в варианте «почвенная засуха» менее значительно, т.е. этот сорт проявляет большую засухоустойчивость.
Таблица 1.
Динамика нарастания сухой биомассы по фазам развития (г/растение)
Фазы развития Президент T. polonicum v. heidelbergi Шамъ
Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт
Трубкование 0,35 0,23 0,30 0,22 0,42 0,20
Колошение 1,35 0,70 2,09 1,37 1,38 1,14
Цветение 2,08 1,23 3,38 1,97 2,31 1,65
Молочно -восковая спелость 2,63 1,71 3,91 2,75 3,20 2,40
3 S т о M±SM-t2 1,6±1,4 1,0±0,9 2,5±2,5 1,6±1.6 1,8±1,9 1,3±1,6
S Й н О V, % 61 65 66 62 67 85
Накопление сырой и сухой биомассы в условиях почвенной засухи в фазах цветения и молочно-восковой спелости замедляется в различной степени в зависимости от сорта. Сорт Шамъ в обоих вариантах опыта формировал значительно больше сырой и сухой биомассы, чем сорт Президент, а по сравнению с Т. ро1отсит V. Ие1ёе1Ъе^1 различия были несущественны. В условиях почвенной засухи из-за уменьшения общей оводненности (на 510%) доля сухой массы листьев и стеблей в фазе молочно-восковой спелости увеличивается. Так, у сорта Президент в условиях почвенной засухи доля сухой массы увеличивается на 34%, а у сорта Шамъ - на 5%, т.е. сорт Шамъ проявляет большую засухоустойчивость, чем сорт Президент.
В таблице 2 представлены данные по биохимическому анализу спелого зерна твердой пшеницы в зависимости от условий выращивания. Анализ изученных генотипов показал, что под воздействием водного дефицита (почвенная засуха) происходят значительные качественные и количественные изменения. Из данных таблицы 2 видно, что биохимический состав зерна сорта Президент в зависимости от условий выращивания имеет некоторые отличительные черты. Так, в условиях почвенной засухи содержание крахмала снижается почти на 6%, а содержание белка увеличивается примерно на 3%. Вместе с тем, по содержанию других компонентов зерна между вариантами опыта существенных отличий не обнаруживается.
Таблица 2.
Биохимические показатели зерна твердой пшеницы в условиях почвенной засухи
^""^^вариант Показатель Президент T.Polonicum v. heidelbergi Шамъ
Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт
Влажность 10.3±0.3 9.7±0.0 9.9±0.2 9.4±0.3 10.3±0.0 10.1±0.0
Клетчатка 3.0±0.0 3.3±0.0 2.8±0.0 3.1±0.0 3.0±0.1 3.3±0.0
Белок 18.4±0.1 20.9±0.4 17.0±0.0 19.4±0.1 17.3±0.0 21.4±0.1
Крахмал 66,9±0.3 60.8±0.2 67.0±0.3 62.0±0.2 67.4±0.3 58.2±0.0
Белок/ Крахмал 0.27±0.0 0.34±0.0 0.25±0.0 0.31±0.0 0.25±0.0 0.36±0.0
Крахмал/ Белок 3.6±0.0 2.9±0.0 3.9±0.0 3.2±0.0 3.9±0.0 3.7±0.0
Зола 1.8±0.0 1.9±0.3 1.8±0.0 1.9±0.0 1.8±0.0 2.0±0.0
Следует отметить, что биохимические компоненты зерна Т. ро1отсит V. heidelЪergi по сравнению с сортами пшеницы Президент и Шамъ, под воздействием почвенной засухи подвергнуты изменению в меньшей степени. Содержание крахмала в зерне в условиях почвенной засухи по сравнению с контрольным вариантом (67%) снизилось на 5%, и при этом содержание белка увеличилось на 2%.
Данные показывают, что в зерне растений сорта Шамъ, выращенных при почвенной засухе, содержание крахмала снизилось до 58% при 67% в варианте «контроль», а количество белка, наоборот, при почвенной засухе увеличилось более чем на 4%. Однако по содержанию других компонентов зерна между вариантами заметных изменений не наблюдали.
Таким образом, показано, что в условиях почвенной засухи существенные изменения происходят в содержании крахмала и белка, а другие компоненты имеют незначительные различия. Анализы свидетельствуют о том, что в условиях почвенной засухи накопление запасных веществ в зависимости от сортов пшеницы не существенное.
В таблице 3 представлены данные по влиянию почвенной засухи на урожайность некоторых сортов твердой пшеницы. Из таблицы 3 видно, что структура колоса сортов Президент, Шамъ и Т. ро1отсит V. heidelЪergi имеет заметные различия. В оптимальных условиях сорт Президент и Т. ро1отсит V. heidelЪergi имеют значительно развитый колос, чем
сорт Шамъ. Однако, у сорта Шамъ в условиях почвенной засухи масса колоса, количество колосков в колосе, количество зерен в колосе, масса зерен с одного колоса значительно больше. Масса 1000 зерен у сорта Шамъ как в условиях полива, так и при почвенной засухе заметно выше, чем у сорта Президент и T. polonicum v. heidelbergi. В условиях засухи в целом все параметры колоса имеют более низкие показатели. Вместе с тем, следует отметить, что сорт Шамъ при почвенной засухе по сравнению с сортом Президент и T. polonicum v. heidelbergi имеет лучшие показатели по массе колоса, количеству зёрен в колосе и массе 1000 зёрен.
Таблица 3.
Структурный анализ колоса генотипов твердой пшеницы_
Показатель Сорт Президент T. polonicum v. heidelbergi Сорт Шамъ
Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт
Длина колоса, (см) 4.9±0.8 3.8±0.9 8.6±1.3 6.7±1.1 5.6±1.0 4.2±0.8
Масса колоса, (г) 1.5±0.5 0.5±0.2 2.0±0.6 0.4±0.0 1.8±0.3 0.74±0.1
Количество колосков, (шт.) 14.7±2.1 10.6±1.5 15.7±1.8 10.3±1.0 16.0±1.5 11.0±1.0
Количество зёрен, (шт.) 24.7±3.2 10.0±1.2 36.0±3.5 12.0±1.0 28.0±2.4 15.3±1.7
Масса зёрен, (г) 0.92±0.3 0.3±0.1 1.5±0.3 0.37±0.0 1.3±0.2 0.56±0.1
Масса 1000 зёрен, (г) 37.2±3.3 30.0±2.3 42.0±3.7 30.8±2.6 46.4±3.8 36.0±2.1
Масса мякины, (г) 0.58±0.1 0.2±0.0 0.5±0.1 0.19±0.0 0.5±0.0 0.18±0.0
Длина стебля, (см) 83.2±4.4 52.5±3.1 83.5±5.0 62.3±3.1 79.2±4.1 57.6±2.4
Результаты сравнительного анализа свидетельствуют о том, что в условиях почвенной засухи пшеница сорта Шамъ по формированию хозяйственной урожайности превосходит сорт Президент и вид T. polonicum v. heidelbergi.
Урожайность сорта Шамъ превосходила сорт Президент и вид T. polonicum в условиях засухи, а при оптимальном режиме влажности различия были незначительны. При этом формировался низкий биологический и хозяйственный урожай. Показано, что в условиях почвенной засухи существенные изменения происходят в содержании крахмала и белка, а другие компоненты имеют незначительные различия. Полученные данные свидетельствуют о том, что в условиях почвенной засухи накопление запасных веществ в зависимости от сортов пшеницы не существенное. У изученных объектов некоторые физиолого-биохимические параметры, такие как интенсивность транспирации, содержание крахмала и белка в зерне и все показатели продуктивности имеют тесную положительную корреляцию с количеством зерен, массой зерна, массой 1000 зерен, массой колоса и количеством колосков в колосе.
ЛИТЕРАТУРА
3. Eulenstein N.F. Possible effects of climate changes on land use in North Central Europe and consequences for land use planning / N.F. Eulenstein, J. Olejnik, Willms M. //Eisforia. - 2005.
- v. 3 (1). - Р. 16-32.
4. Alam Zeb. Physiological characteristics of wheat varieties growing in same and different ecological regions of Pakistan / Zeb Alam, Ali Zahir, Ali Taufiq, A. Abdullaev // Pakistan Journal of Biological Science. - 2006. - P. 1823-1827.
5. Crabbe MJC. Climate change and tropical marine agriculture / MJC. Crabbe // J. Ex. Botany. - 2009. -- V.60. - №10. - P. 2839-2844.
6. Semenov M.A. Identifying target traits and molecular mechanisms for wheat breeding under a changing climate / M.A. Semenov, N.G. Halford // J. Ex. Botany. - 2009, - V. 60. - №10.
- P. 2791-2804.
7. Reyer C. Climate change adaptation and sustainable regional development: a case study for the Federal State of Brandenburg, Germany / C. Reyer, J. Bachinger, R. Bloch // Reg. Environ Change. - 2012. - v. 12. - P. 523-542.
8. Semenov M.A. Climatic variability and the modelling of crop yields / M.A. Semenov and J.R. Porter // Agric. and Forest Meteorology. - 1995. - v. 73. - P. 265-283.
9. Challinor A.Crops and climate change: progress, trends, and challenges in simulating impactsand informing adaptation / A. Challinor, F. Ewert, S. Arnold, E. Simelton, E. Fraser // J. Ex. Botany. - 2009. - V.60. - №10. - P. 2775-2789.
10. Taiz L. Plant Physiology / L. Taiz, F. Zeigez. - 2006. - 764 р.
11. Абдуллаев А. Физиология хлопчатника в условиях стресса: монография/ А. Абдуллаев, А. Эргашев, Б.Б. Джумаев, X. А. Абдуллаев, И.А. Каримова. - Душанбе: Дониш. - 2013.
- 153 с.
12. Eulenstein N.F. Possible effects of climate changes on land use in North Central Europe and consequences for land use planning / N.F. Eulenstein, J. Olejnik, Willms M. //Eisforia. - 2005.
- v. 3 (1). - Р. 16-32.
13. Habash D.Z. Genomic approaches for designing durum wheat ready for climate change with a focus on drought / D.Z. Habash, Z. Kehel, M. Nachit // J. Ex. Botany. - 2009. - V. 60. -№10. - P. 2805-2816.
14. Гайратов М.Х. Электрофоретические исследования состава глиадина мягких и твёрдых сортов пшеницы в различных условиях Таджикистана/М.Х. Гайратов, М. Нигмонов, А. Абдуллаев // Доклады АН РТ. - 2004. - № 6. - С. 11-21.
15. Амонов Б.П. Биохимическая оценка зерна некоторых сортов пшеницы в зависимости от природно-климатических условий регионов выращивания: автореф. дисс. ... канд. биол.наук: 03.00.12/ Амонов Бегиджон Пулодович. - Душанбе. - 2006. - 22 с.
16. Сабоиев И.А. Влияние почвенной и атмосферной засухи на продуктивность и содержание крахмала и белка в зерне различных сортов пшеницы / И.А. Сабоиев, Г.Ф. Касымова, А. Абдуллаев, А. Эргашев, Х.Х. Каримов, М.Рахимов // Доклады АН РТ. -2010. - Т. 53. - №2. - С. 148 - 152.
17. Ниязмухамедова М.Б. Структура колоса и урожайность пшеницы, выращенной в условиях богары и полива / М.Б. Ниязмухамедова, М.М. Рахимов, Ф.А. Косумбекова, Н. Камолов // Известия АН РТ, Отд. биол. и мед.наук. - 2011. - № 4 (177). - С. 33—38.
18. Доспехов В. А. Методы полевого опыта/В. А. Доспехов-М:Агропромиздат-1985-351с.
19. Кумаков В.А. Физиологическое обоснование моделей сортов пшеницы / В.А. Кумаков.
- М.: Колос. - 1985. - 270 c.
20. Бабаджанова М.А. Большой практикум по физиологии и биохимии растений с основами энзимологии / М.А. Бабаджанова, А.К. Мирзорахимов, А.К. Сайфудинов, А.Э. Эргашев, Ш.А. Эсаналиева, К.Н. Ниматова. - Душанбе. - 2017. - 136 с.
