CC BY
22
Елена Леонидовна Дудина, аспирантка, Elenadudina78@yandex.ru
Чулпан Марсовна Исламова, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, Chulpanislamova_85@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-8324-9033
Ильдус Шамилевич Фатыхов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Fatykhovildus@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0579-3284
Elena L. Dudina, postgraduate, Elenadudina78@yandex.ru
Chulpan M. Islamova, Candidate of Agriculture, Associate Professor, Chulpanislamova_85@mail.ru, https://orcid. org/0000-0002-8324-9033
Ildus Sh. Fatykhov, Doctor of Agriculture, Professor, Fatykhovildus@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0579-3284
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 19.11.2021; одобрена после рецензирования 01.12.2021; принята к публикации 11.01.2022.
The article was submitted 19.11.2021; approved after reviewing 01.12.2021; accepted for publication 11.01.2022.
-Ф-
Научная статья УДК 635.21: 631.52
Влияние малых доз гамма-излучения цезия-137 на изменение генетических признаков пшеницы и ячменя
Курбонали Партоев1, Бахтовар Норасович Сатторов1, Сафарали Валиевич Муминов2
1 Институт ботаники, физиологии и генетики растений НАН Таджикистана, Душанбе, Республика
Таджикистан
2 Агентство по химической, биологической, радиационной и ядерной безопасности НАН Таджикистана,
Душанбе, Республика Таджикистан
Аннотация. Изучено влияние облучения семян пшеницы и ячменя на генетические признаки растений. Объектом исследования были два сорта пшеницы - Краснодарская 99 и Истаравшан и один сорт ячменя - Ченад 345. Источником гамма-излучения был цезий-137 с энергией Е = 661,7 кэВ, время облучения составляло 10 часов, поглощённая доза - 2 Гр. Посев необлучённых (контрольных) и облучённых (опытных) семян пшеницы и ячменя проводили в начале февраля, уборку урожая - в начале июля 2021 г. В результате облучения всхожесть семян пшеницы сорта Краснодарская 99 сократилась на 25 %, сорта Истаравшан - на 20 %, ячменя сорта Ченад 345 - на 16 % по сравнению с контрольными посадками. Отмечены задержка всходов семян пшеницы и ячменя и вступления растений в фазу развития на 5 - 10 дней, понижение высоты растений пшеницы на 20,0 см, или на 31,4 %, уменьшение количества зёрен в колосе на 10,3 % по сравнению с контрольными семенами. Вместе с тем облучение привело к увеличению массы зёрен одного колоса, выхода зерна от общей массы растений и массы 1000 зёрен по сравнению с контрольными образцами, соответственно на 23,7; 9,3 и 48,9 % в среднем по сортам пшеницы. Облучение семян ячменя привело к увеличению высоты стебля на 5,5 см, или на 13,1 %, и незначительному увеличению количества зёрен в колосе и выхода зёрен с общей биомассы. Среди популяции облучённых растений сорта Краснодарская 99 выделено одно изменённое растение, которое, в отличие от исходного сорта, имело ости в колосе и другие полезные признаки.
Ключевые слова: пшеница, ячмень, признак, сорт, урожай, зерно, облучение, гамма-излучение.
Для цитирования: Партоев К., Сатторов Б.Н., Муминов С.В. Влияние малых доз гамма-излучения цезия-137 на изменение генетических признаков пшеницы и ячменя // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 1 (93). С. 20 -24.
Original article
Influence of radiation (Caesium-137) to change of genetic signs of wheat and barley
Kurbonali Partoev1, Bakhtovar N. Sattorov1, Safarali V. Muminov2
1 Institute of Botany, Physiology and Plant Genetics, National Academy of Sciences of Tajikistan, Dushanbe,
Republic of Tajikistan
2 Agency for Chemical, Biological, Radiation and Nuclear Safety, National Academy of Sciences of Tajikistan,
Dushanbe, Republic of Tajikistan
Abstract. The effect of irradiation of wheat and barley seeds on the genetic traits of plants has been studied. The object of the study was two varieties of wheat - Krasnodarskaya 99 and Istaravshan and one variety of barley - Chenad 345. The source of gamma radiation was cesium-137 with an energy of E = 661.7 keV, the
irradiation time was 10 hours, the absorbed dose was 2 Gr). Sowing of unirradiated (control) and irradiated (experimental) wheat and barley seeds was carried out in early February, harvesting - in early July 2021. As a result of irradiation, the germination of wheat seeds of Krasnodarskaya 99 variety decreased by 25 %, Istaravshan varieties - by 20 %, barley variety Chenad 345 - by 16 % compared to the control plantings. There was a delay in the germination of wheat and barley seeds and the entry of plants into the development phase for 5-10 days, a decrease in the height of wheat plants by 20.0 cm, or 31.4 %, a decrease in the number of grains in an ear by 10.3 % compared to the control seeds. At the same time, the irradiation led to an increase in the grain mass of one spike, the yield of grain from the total mass of plants and the mass of 1000 grains in comparison with the control samples, respectively by 23.7; 9.3 and 48.9 % on average for wheat varieties. Irradiation of barley seeds led to an increase in the stem height by 5.5 cm, or 13.1 %, and an insignificant increase in the number of grains in the ear and in the yield of grains from the total biomass. Among the population of irradiated plants of the Krasnodarskaya 99 cultivar, one modified plant was isolated, which, in contrast to the original cultivar, had an awn in the ear and other useful characteristics.
Keywords: wheat, barley, sings, grade, yield, grain, irradiation, gamma-radiation.
For citation: Partoev K., Sattorov B.N., Muminov S.V. Influence of radiation (Caesium-137) to change of genetic signs of wheat and barley. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 93(1): 20-24. (In Russ.).
В начале ХХ в. Гуго де Фриз сформулировал мутационную теорию, а в 1925 г. советские учёные Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов открыли на низших грибах мутагенное действие рентгеновских лучей и тем самым показали, что после облучения возникают разнообразные радиорасы, свойства которых воспроизводятся в потомстве.
В 1927 г. Г. Мёллер в опытах на дрозофиле убедительно доказал, что ионизирующее излучение способно индуцировать мутации. Позже И.А. Рапопорт и Ч. Ауэрбах открыли явление мутагенеза под влиянием химических веществ. В начале ХХ в. датский генетик В. Иоганнсен сформулировал понятия генотип - совокупность наследственных задатков и фенотип - совокупность их проявлений; советский биолог И.И. Шмальгаузен ввёл понятие норма реакции генотипа, в пределах которой может варьировать его проявление в генотипе в ответ на изменение условий среды [1].
Советскими генетиками Б.Л. Астауровыми, Н.В. Тимофеевым-Ресовским в 20 - 30-е гг. ХХ в. были разработаны представления о комплексной обусловленности признаков организма взаимодействием генотипических, внутри организменных и внешнесредовых факторов [2].
Радиочувствительность растений количественно характеризуется величиной дозы, которая вызывает определённый эффект - подавление роста, снижение урожайности, частичную или полную гибель. Различные сельскохозяйственные культуры имеют различную радиочувствительность [3].
К настоящему времени установлено, что в окружающей нас природной среде содержится много разнообразных химических, физических и биологических факторов (мутагенов), способных вызывать мутации у всех живых организмов [4 - 6].
Цезий-137 известен также как радиоцезий -радиоактивный нуклид химического элемента цезия с атомным номером 55 и массовым числом 137 и образуется преимущественно при делении ядер в ядерных реакторах и ядерном оружии [7]. Под воздействием облучения цезием-137 у
растений проявляются торможение и задержка роста, снижение продуктивности, уменьшение репродуктивных свойств семян, клубней и корнеплодов, но в то же время это может вызывать и полезные мутации [8].
Материал и методы. С целью изучения влияния цезия-137 на изменение генетических признаков нами проведено облучение семян пшеницы и ячменя перед посевом.
Семена двух сортов пшеницы (Краснодарская 99, Истаравшан) и один сорт ячменя (Ченад 345) в течение 6 час. замачивали в дистиллированной воде. Половина семян - без обработки гамма-излучением, - служила контролем. Вторую часть семян подвергли облучению гамма-излучением в лаборатории технических услуг Агентства по химической, биологической, радиационной и ядерной безопасности НАН Таджикистана. Источник гамма-излучения - цезий-137 с энергией Е = 661,7 кэВ, время облучения составляло 10 час., поглощённая доза - 2 Гр. Необлучённые (контрольные) и облучённые семена пшеницы и ячменя, по 50 шт. в каждом варианте, высевали 08.02.2021 на опытном участке Института ботаники, физиологии и генетики растений НАН Таджикистана, расположенном на высоте 840 м над у.м. (в пригороде г. Душанбе). Способ посева был рядковым. Растения выращивались на естественном почвенном фоне, без внесения удобрений и с проведением трёхразового вегетационного полива. Уборку урожая проводили 06.07.2021 г. Среди популяции облучённых растений сорта Краснодарская 99 появилось одно растение, которое, в отличие от исходного сорта, имело ости в колосе, а также морфологические и хозяйственно ценные признаки.
Результаты и обсуждение. Как показали наблюдения, необлучённые (контрольные) семена пшеницы и ячменя в среднем взошли раньше на 4 - 6 дней, чем облучённые. Также у облучённых семян наблюдалось более позднее вступление растений в фазы развитие - кущение, колошение, цветение и созревание - на 5 - 10 дн. позднее, чем у контрольных.
Облучение семян сортов пшеницы привело и к уменьшению всхожести семян. Например, под воздействием облучения всхожесть семян пшеницы по сорту Краснодарская 99 уменьшилась на 25 %, по сорту Истаравшан - на 20 %. Всхожесть семян ячменя сорта Ченад 345 сократилась на 16 % по сравнению с контролем. Под воздействием гамма-излучения также наблюдалось изменение ряда морфологических признаков у пшеницы и ячменя в М1 (табл. 1).
Как видно по таблице 1, под воздействием гамма-излучения произошло изменение ряда морфологических признаков у пшеницы и ячменя в М1. В частности, облучение привело к уменьшению высоты растений пшеницы на 20,0 см, или на 31,4 %, по сравнению с контрольными (в среднем по сортам Краснодарская 99 и Истарав-шан). Также облучение обусловило уменьшение количества зёрен в колосе в среднем по двум сортам пшеницы по сравнению с контролем на 2,7 шт/колос, или на 10,3 %.
В то же время в результате облучения семян перед посевом произошло увеличение таких
признаков, как масса зёрен одного колоса, выход зерна от общей массы растений и масса 1000 зёрен по сравнению с контролем (в среднем по сортам пшеницы). Эти признаки в среднем по двум сортам пшеницы под воздействием облучения увеличились по сравнению с контрольным вариантом соответственно на 23,7; 9,3 и 48,9 %.
При облучении семян ячменя сорта Ченад 345 наблюдалось увеличение высоты стебля на 5,5 см, или на 13,1 %, количества зёрен в колосе на 0,52 шт. (на 2,2 %) и выхода зёрен с общей биомассы на 7,32 %. Однако масса зёрен одного колоса и масса 1000 шт. семян, взошедших от облучённых семян, приводит к незначительному уменьшению этих признаков по сравнению с контролем - на 1,7 и 3,7 % соответственно.
Под влиянием облучения гамма-излучением семян зерновых перед посевом также наблюдалось изменение таких признаков пшеницы и ячменя (в среднем), как высота растений, количество зёрен в колосе, масса зерна 1 колоса, выход зерна от общей биомассы, масса 1000 шт. зёрен и урожайность (рис. 1).
1. Влияние облучения гамма-излучением цезия-137 семян пшеницы и ячменя на изменение
признаков пшеницы и ячменя в М1
Вариант Высота растений, см Количество зёрен в колосе Масса зёрен 1 колоса, г Выход зёрен от общей биомассы, % Масса 1000 зёрен, г
Пшеница, сорт Краснодарская 99
Контроль 73,5 21,33 0,66 35,71 30.84
Поглощённая доза облучения 2 Гр 60,0 26,4 1,77 50,79 67,08
Пшеница, сорт Истаравшан
Контроль 94,0 31,18 2,12 54,55 67,92
Поглощённая доза облучения 2 Гр 67,5 20,83 1,67 48,78 80,00
Среднее по двум сортам пшеницы контроль 83,8 26,3 1,39 45,13 49,38
доза облучения 2 Гр 63,8 23,6 1,72 49,8 73,54
Ячмень, сорт Ченад 345
Контроль 42,0 23,66 1,17 45,71 49,48
Поглощённая доза облучения 2 Гр 47,5 24,18 1,15 53,03 47,73
80 70 60 50 40 30 20 10 0
т
Высота растений, см
Количество зёрен в колосе
Выход зерна от общей биомассы, %
ж
Масса 1000 зёрен, г
Урожайность, т/га (расчетная)
Е] Контроль ЕЗ Цезий -137
Рис. 1 - Влияние облучения семян гамма-излучением цезия-137 перед посевом на изменение признаков пшеницы и ячменя (в среднем) в М1
2. Характеристика признаков пшеницы сорта Краснодарская 99 и мутанта М\
Форма Высота растений, см Количество зёрен в колосе Масса зёрен 1 колоса, г Выход зёрен от общей биомассы, % Масса 1000 зёрен, г
Исходный сорт, Краснодарская 99 73,5 21,33 0,66 35,71 30,84
Мутантная форма, М1 62,5 26,25 2,00 44,44 76,19
Отклонение от исходного сорта, % -17,6 23,1 103,0 8,3 147,0
Облучение семян перед посевом гамма-излучением ингибирует проявление таких признаков пшеницы и ячменя, как высота растений и количество зёрен в колосе, по сравнению с контролем (соответственно на 17,66 и 6,07 %). Наряду с этим облучение семян стимулирует проявление таких признаков, как выход зерна от общей биомассы - на 16,90 %, массы 1000 зёрен - на 25,25 % и урожайности (расчётной) -на 20,76 %.
Таким образом, облучение семян сортов пшеницы и ячменя гамма-излучением цезия-137 перед посевом в зависимости от генотипической особенности сортов приводит к изменению ряда их морфологических и хозяйственно полезных признаков.
Среди популяции облучённых растений сорта Краснодарская 99 появилось одно растение, которое, в отличие от исходного сорта, имело ости. Частота появления мутации по этому признаку (по фенотипу) составляла 2,7 % от общего количества особей (из 37 взошедших растений сорта Краснодарская 99). Изменённая форма колоса у мутанта приведена на рисунке 2.
Рис 2 — Форма колоса исходного сорта пшеницы Краснодарская 99 (слева) и мутанта М1 (справа)
Мутантная форма пшеницы (М1), кроме остистости, также отличалась от исходного сорта Краснодарская 99 по ряду полезных признаков.
По таблице 2 видно, что мутантная форма если по высоте растений уступает исходному сорту на 11 см, или на 17,6 %, то по таким признакам, как количество зёрен в колосе, масса зёрен 1 колоса, выход зёрен от общей биомассы и масса 1000 шт. зёрен, превышает исходный сорт на 23,1; 103,0; 8,73 и 147,0 % соответственно.
Вывод. Выделенная на основе фенотипиче-ской оценки (среди популяции М\) мутантная форма пшеницы из сорта Краснодарская 99 посредством облучения семян цезием-137 перед посевом по ряду качественных и количественных признаков существенно отличалась от исходного сорта пшеницы, и она будет изучена в последующем поколении - М2 в 2022 г.
Список источников
1. Пособие по генетике: учебное пособие / Л.В. Би-баева, Г.А. Дзахова, А.Л. Цуциева и др. Владикавказ, 2013. 133 с.
2. Цаценко Л.В. Генетический мониторинг в агроэкологии. Краснодар: КубГАУ, 2016. 110 с.
3. Влияние радиации на растения [Электронный ресурс]. URL: https://ogorod.guru/
4. Яковлева С.Н., Фаткуллин Р.Р. Содержание тяжёлых металлов в системе почва - медоносное растение на территории техногенных ландшафтов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 1 (75). С. 20 - 21.
5. Кафтан Ю.В., Зенкова Н.А. Агрофизические свойства почвы и урожайность сельскохозяйственных культур в севооборотах // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 3 (77). С. 27 - 30.
6. Авдеев В.И. Анализ современных проблем фло-рогенетики // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. № 1(69). С. 70 - 74.
7. Василенко И.Я. Радиоактивный цезий-137// Природа. 1999. № 3. С. 70 - 76.
8. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A.H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nuclear Physics A. 2003; 729: 3-128.
References
1. Allowance for genetics: Textbook / L.V. Bibaeva, G.A. Dzakhova, A.L. Tsutsieva et al. Vladikavkaz, 2013. 133 p.
2. Tsatsenko L.V. Genetic monitoring in agroecology. Krasnodar: KubGAU, 2016. 110 p.
3. Influence of radiation on plants [Electronic resource]. URL: https://ogorod.guru/
4. Yakovleva S.N., Fatkullin R.R. The content of heavy metals in the soil - melliferous plant system on the territory of technogenic landscapes. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2019; 75(1): 20-21.
5. Kaftan Yu.V., Zenkova N.A. Agrophysical properties of soil and productivity of agricultural crops in crop rotation. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2019; 77(3): 27-30.
6. Avdeev V.I. Analysis of modern problems of flo-rogenetics. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2018; 69(1): 70-74.
7. Vasilenko I. Ya. Radioactive cesium-137. Nature. 1999; 3: 70-76.
8. Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A.H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nuclear Physics A. 2003; 729: 3-128.
Курбонали Партоев, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, pkurbonali@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-9320-3023
Бахтовар Норасович Сатторов, научный сотрудник, baca6600@mail.ru Сафарали Валиевич Муминов, старший научный сотрудник, muminov_saf@mail.ru
KurbonaliPartoev, Doctor of Agriculture, Professor, pkurbonali@mail.ru, https://orcid.org/0000-0001-9320-3023 Bakhtovar N. Sattorov, research specialist, baca6600@mail.ru Safarali V. Muminov, Senior Researcher, muminov_saf@mail.ru
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 05.01.2022; одобрена после рецензирования 18.01.2022; принята к публикации 22.01.2022.
The article was submitted 05.01.2022; approved after reviewing 18.01.2022; accepted for publication 22.01.2022. -♦-
Научная статья УДК 631.51
Эффективность возделывания яровой пшеницы на светло-серых лесных почвах при различных технологиях культивирования в условиях Волго-Вятского региона
Наталья Алексеевна Минеева1, Евгений Васильевич Михалев1,
Валентин Васильевич Ивенин1, Владимир Лазаревич Строкин1,
Алексей Валентинович Ивенин2, Наталья Николаевна Шерснева1
1 Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, Нижний Новгород, Россия
2 Нижегородский научно-исследовательский институт сельского хозяйства - филиал ФГБНУ
«Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого», с.п. Селекционной
Станции, Нижегородская область, Россия
Аннотация. В сравнительном аспекте в 2018 - 2020 гг. изучены технологии возделывания яровой пшеницы в Волго-Вятском регионе, относящемся к зоне рискованного земледелия. По результатам исследования наивысшая влажность почвы в слое 0 - 30 см отмечалась при технологии Mini-till на фоне с внесением минеральных удобрений - 18,1 %. Самый большой запас продуктивной влаги в почве под яровой пшеницей в слое 0 - 100 см наблюдался при технологии No-till на фоне внесения минеральных удобрений - 227 мм; этот вариант продемонстрировал самую большую плотность почвы: на фоне с внесением минеральных удобрений - 1,33 г/см3, на фоне без удобрения 1,35 г/см3, а также максимальную биологическую активность почвы в конце вегетации на фоне без удобрений - 68,4 %. На варианте No-till отмечена самая высокая засорённость посевов яровой пшеницы и на фоне с минеральными удобрениями (128 шт/м2), и без их внесения (129 шт/м2), а также самый большой процент поражённости патогенами на фоне без удобрения. Наивысшая урожайность яровой пшеницы получена при её возделывании по традиционной технологии: на фоне внесения минеральных удобрений - 2,92 т/га, на фоне без удобрения - 2,45 т/га. Эта технология показала наибольший уровень рентабельности: на фоне без удобрений - 74 %, на фоне с удобрениями - 50 %. Наибольший энергетический коэффициент отмечен в варианте с применением технологии Minitill по фону с внесением удобрений (1,57).
Ключевые слова: яровая пшеница, традиционная технология, No-till, Mini-till, фон, минеральные удобрения, рентабельность, энергетический коэффициент.
Для цитирования: Эффективность возделывания яровой пшеницы на светло-серых лесных почвах при различных технологиях культивирования в условиях Волго-Вятского региона / Н.А. Минеева, Е.В. Михалев, В.В. Ивенин и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 1 (93). С. 24 - 31.
