Селекция гороха ( Pisum sativum L.) На повышение эффективности симбиотической азотфиксации
| Вид материала | Лекция |
- «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия имени В. М. Кокова», 1231.19kb.
- Повышение эффективности селекции аулиеатинского скота с использованием мирового генофонда, 1030.17kb.
- Селекция на повышение требований к ростовым веществам, 52.08kb.
- Задачи селекции : повышение урожайности сортов культурных растений, увеличение продуктивности, 105.58kb.
- Муниципальная программа «энергосбережение и повышение энергетической эффективности, 1085.05kb.
- 2010-2011 учебный год, 290.07kb.
- 2009-2010 учебный год, 378.67kb.
- И, повышение качества обучения, повышение эффективности управления, совершенствование, 131.69kb.
- Повышение эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы автомобильных двигателей, 268.3kb.
- Паспорт подпрограммы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности, 155.24kb.
IV. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОТИПОВ ГОРОХА С ЭНДОМИКОРИЗНЫМИ ГРИБАМИ GLOMUS sp. НА ФОНЕ ИНОКУЛЯЦИИ РИЗОБИЯМИ
Оценка клубенькообразующей способности двойной инокуляции. Горох посевной (Pisum sativum L.) является одним из лучших модельных растений для изучения функционирования тройной симбиотической системы (Штарк, Данилова, Наумкина и др., 2006). Несмотря на литературные данные, свидетельствующие о низкой способности коммерческих сортов гороха формировать арбускулярную микоризу, при изучении 99 дикорастущих и малоокультуренных сортообразцов различного географического происхождения (Якоби и др., 2000) выявлен высокий генетический полиморфизм по продуктивности биомассы и способности к симбиотрофному минеральному питанию за счет микоризации на фоне инокуляции клубеньковыми бактериями.
В наших экспериментах установлены значительные межсортовые различия по числу клубеньков на растение во всех вариантах опыта: от 4,0±0,10 (PS 7101044) до 69,0±0,11 (к-7128) – контроль; от 10,0±0,16 (PS 9910029) до 89,0 ±1,12. (к-7128) – двойная инокуляция ризобиями и грибами арбускулярной микоризы; от 10,0±0,16 (PS 7101149) до 64,0±0,54 (к-3064) - минеральные удобрения.
Выделено пять сортообразцов, сформировавших достоверно большее количество клубеньков в различные годы изучения – к-8274 (Франция), к-7128 (Россия), к-925 (США), к-1693 (Великобритания) и Триумф (Россия). Эти сортообразцы предлагаются как источники высокой клубенькообразующей способности, которые можно использовать в селекции на повышенную интенсивность азотфиксации. Остальные изученные сорта имели более низкую клубенькообразующую способность (табл.8).
Таблица 8 – Клубенькообразующая способность лучших образцов
гороха, среднее за 2003…2005 гг.
| Образец | Клубеньки | |||||
| Название | происхождение | число/раст. | расположение | окраска | ||
| контроль | 2-я инок. | N45P30K60 | ||||
| к-8274 стандарт | Франция | 22±0,25 | 73±0,18 | 6±0,21 | на боковых корнях | бл.-роз. |
| к-7128 | Россия | 69±0,87 | 89±1,12 | 5±0,12 | на боковых корнях | бл.-роз. |
| к-925 | США | 49±0,13 | 62±0,84 | 8±0,21 | на боковых корнях | бл.-роз. |
| к-1693 | Великобрита Ния | 42±0,11 | 58±0,37 | 9±0,15 | на боковых корнях | бл.-роз |
| Триумф | Россия | 21±0,21 | 61±0,29 | 5±0,18 | на боковых корнях | бл.-роз. |
Предпосевная инокуляция семян штаммами ризобий и грибов арбускулярной микоризы способствует повышению клубенькообразования у большинства сортообразцов гороха на 30,0 – 190,9%.
Нитрогеназная активность сортообразцов гороха. При условии образования активного комплекса бобовое растение + Rhizobium + Glomus sp. образуется взаимовыгодное сожительство или симбиоз. Макросимбионт аккумулирует солнечную энергию в процессе фотосинтеза и в виде химически связанной энергии углеводов и других веществ снабжает ею микросимбионта, который обеспечивает потребности растения-хозяина в связанном азоте и труднодоступном фосфоре. В условиях живой клетки восстановительный процесс связывания азота с водородом происходит с помощью фермента нитрогеназы.
Установлено, что у большинства сортообразцов гороха из изученного набора, предпосевная инокуляция семян штаммами ризобий и грибов арбускулярной микоризы увеличивает нитрогеназную активность по сравнению с контрольным вариантом. Наиболее высокий уровень проявления этого показателя отмечен у к-8274 (110±1,24 мкг N2·растение/час) и новых сортов Триумф и Скиф (93±2,71 и 90±3,46 мкг N2·растение/час).
Рис. 3 - Сортообразцы гороха, выделившиеся по нитрогеназной
активности, среднее за 2003…2005 гг.
Микоризация сортообразцов. Взаимодействие растений с грибами арбускулярной микоризы Glomus ssp. обеспечивает ассимиляцию труднорастворимых фосфатов и других питательных элементов почвы. Микоризация ведет к улучшению роста растений, однако широкое использование этого симбиоза ограничено сложностью приготовления препаратов микоризных грибов.
Многолетними исследованиями была подтверждена эффективность такой обработки. Инокуляция клубеньковыми бактериями увеличивала число клубеньков во всех вариантах, но повышала семенную продуктивность только в сочетании с инокуляцией микоризными грибами (табл.9).
Таблица 9 - Влияние двойной инокуляции ризобиями и микоризными
грибами на хозяйственно-полезные признаки растений гороха к-8274,
среднее за 1998…2001 гг.
| Вариант опыта | Длина стебля, см. | Масса сухого растения, г. | Число семян с растения | Масса семян с растения, г. | Число клубеньков на растении |
| контроль | 58,5±1,01 | 7,9±0,41 | 33,4±1,45 | 4,13±0,24 | 80,5±3,84 |
| инокуляция шт. ризобий | 46,9±0,92 | 8,0±0,56 | 30,3±1,78 | 4,2±0,31 | 173,8±7,76 |
| инокуляция микоризными грибами | 56,8±0,99 | 7,8±0,53 | 32,4±1,95 | 3,99±0,33 | 98,8±4,30 |
| двойная инокуляция | 48,4±0,92 | 9,2±0,54 | 32,7±1,63 | 5,19±0,33 | 129,9±5,55 |
Двойная инокуляция улучшала рост растений независимо от генотипа, хотя семенная продуктивность растений варьировала в зависимости от сортовых особенностей (табл. 10).
Таблица 10 - Влияние двойной инокуляции ризобиями и микоризными
грибами на продуктивность сортообразцов гороха,
среднее за 2001…2003 гг.
| Сортообразец | Длина стебля, см | Зеленая масса растения в фазу бутонизации-начала цветения, г. | Число семян с растения, шт. | Масса семян с растения, г. | ||||
  S | % к неинок. конт ролю | S | ±к неинок. конт ролю | S | % к неинок. конт ролю | S | % к неинок. конт ролю | |
| Скиф (контроль) | 61,7±0,92 | +9,2 | 10,4±0,61 | +3,8 | 19,9±1,01 | +9,2 | 4,3±0,20 | +16,2 |
| к-8274 | 34,9±1,12 | +10,1 | 6,1±0,60 | +3,7 | 22,8±1,70 | +18,8 | 2,6±0,31 | +18,2 |
| к-8599 | 43,9±1,0 | +11,1 | 7,8±0,72 | +3,0 | 31,7±2,63 | +24,8 | 3,9±0,32 | +2,6 |
| к-925 | 100,8±3,51 | +19,4 | 14,2±0,80 | +4,6 | 24,6±1,90 | +32,2 | 4,5±0,46 | +60,7 |
| к-1693 | 65,2±4,00 | +15,8 | 7,2±1,41 | +3,4 | 24,1±3,90 | +16,4 | 3,2±0,64 | +13,4 |
Было показано, что у отдельных сортообразцов двойная инокуляция имеет больший эффект, чем внесение минеральных удобрений (табл.11).
Установлено, что у гороха при двойной инокуляции имеет место тенденция уменьшения интенсивности развития микоризной инфекции по сравнению с контролем. Отмеченное при этом увеличение биомассы растений свидетельствует о более высокой функциональной активности арбускулярной микоризы интродуцированных эндомикоризных грибов по сравнению с местными.
Таблица 11 – Влияние двойной инокуляции ризобиями и микоризными грибами на рост и развитие растений гороха, среднее за 2001…2003 гг.
| Признак | Сортообразец | ||||
| к-3429 | к-7128 | к-8456 | к-4788 | ||
| Длина стебля, см | S | 78,6±3,09 | 98,2±2,01 | 113,3±2,57 | 95,3±2,19 |
| % к контролю | +15,6 | +34,5 | +39,4 | +13,8 | |
| % к N45P30K60 | +3,0 | +15,4 | +9,2 | +12,9 | |
| Зеленая масса растения в фазу бутонизации - начала цветения, г. | Х±Sx | 5,5±0,66 | 10,3±0,62 | 10,9±1,03 | 7,5±0,47 |
| % к контролю | +25,0 | +66,1 | +13,5 | +63,0 | |
| % к N45P30K60 | +57,1 | +27,2 | +9,0 | +44,2 | |
| Число семян с растения. | Х±Sx | 17,2±1,82 | 32,5±1,97 | 22,5±1,05 | 23,3±1,37 |
| % к контролю | +53,3 | +57,8 | +38,9 | +94,2 | |
| % к N45P30K60 | +19,5 | +21,7 | +21,6 | +14,2 | |
| Масса семян с растения, г. | Х±Sx | 1,8±0,21 | 5,1±0,31 | 4,6±0,19 | 2,9±0,19 |
| % к контролю | +35,3 | +60,6 | +31,4 | +80,1 | |
| % к N45P30K60 | +19,5 | +16,8 | +24,3 | +11,5 | |
Практически полное отсутствие арбускул на корнях при внесении минеральных удобрений может указывать на отказ растений от симбиотрофного типа питания за счет арбускулярной микоризы.
Симбиотическая деятельность сортообразцов гороха при двойной инокуляции. При двойной инокуляции у гороха выявлена тенденция к увеличению продолжительности общего симбиоза на 2…3 суток. Продолжительность активного симбиоза увеличивалась при понижении температуры воздуха и выпадении обильных осадков, и, наоборот, сокращалась в засушливые годы в среднем на 6…8 суток.
Выделены сортообразцы гороха к-8274 (Франция), к-925 (США), к-1693 (Англия), Shawnee (США) с продолжительным периодом активного бобово-ризобиального симбиоза (61…62 суток). Высоким активным симбиотическим потенциалом обладали сортообразцы к-7128, к-8274 и Триумф.
Рассматривая в целом симбиотическую деятельность сортообразцов гороха на фоне двойной инокуляции штаммами ризобий и грибов арбускулярной микоризы Glomus следует отметить, что общая масса клубеньков варьировала за годы изучения от 48,2 кг/га в засушливом 2004 году до 68,5 кг/га - в наиболее благоприятном 2003 году (табл. 12).
Активная масса клубеньков за годы изучения изменялась аналогичным образом - от 27,6 кг/га в 2005 году до 52,1 кг/га - в 2003 году.
Таблица 12 – Симбиотическая деятельность сортообразцов гороха на фоне двойной инокуляции ризобиями и микоризными грибами,
среднее за 2003…2005 гг.
| Показатели | 2003 г. | 2004 г. | 2005 г. |
| Общая масса клубеньков, кг/га | 68,5 | 48,2 | 46,3 |
| Активная масса клубеньков, кг/га | 52,1 | 29,6 | 27,6 |
| АСП, кг∙дней/га | 3126,0 | 1598,4 | 1490,4 |
| УАС, г/кг в сутки | 5,6 | 1,7 | 1,5 |
| Фиксированный азот воздуха, кг/га | 59,8 | 36,8 | 34,5 |
| Доля фиксированного азота, % | 62,2 | 39,6 | 39,6 |
| Почвенный азот, кг/га | 36,4 | 55,9 | 52,7 |
| НСР05 по массе клубеньков | 6,8 | 6,1 | 5,7 |
Величина удельной активности симбиоза (УАС), которая была низкой в засушливых условиях 2005 г. -1,5 г/кг в сутки и 2004 г. – 1,7 г/кг в сутки, в более влажном 2003 году достигала 5,6 г/кг в сутки.
Высокая доля фиксированного азота была отмечена в 2003 г. - 59,8 кг/га или 62,2%. Слабее всего растения гороха фиксировали атмосферный азот в условиях засушливых 2005 г. – 34,5 кг/га и 2004 г. – 36,8 кг/га или 39,6%.
Масса сухого растения при двойной инокуляции. Этот признак характеризует биологический урожай растения. Данных по изучению изменчивости массы сухого растения у гороха на фоне инокуляции ризобиями и грибами арбускулярной микоризы в литературе не известно.
В наших исследованиях в среднем за 2003…2005 гг. значение этого показателя в контрольном варианте варьировало от 5,6+0,40 г (к-8274) до 13,9+1,79 г (PS 610324); в варианте с двойной инокуляцией – от 7,9+2,30 г (PS 610152) до 15,5+1,80 г (PS 7(8)10765) (рис.4).
Рис. 4 – Масса сухого растения у сортообразцов гороха (г),
среднее за 2003…2005 гг.
Значение коэффициента вариации массы сухого растения в среднем за годы изучения у данного набора сортов составило: в контрольном варианте – 38,6%, при двойной инокуляции – 37,4%, и в варианте с применением минеральных удобрений – 42,3%, что указывает на сильную изменчивость признака.
Семенная продуктивность при двойной инокуляции. Семенная продуктивность сортов гороха является сложным признаком, зависящим как от генотипа, так и от условий выращивания. Для повышения эффективности селекции гороха на семенную продуктивность и высокую симбиотическую эффективность необходимо изучить изменчивости этого признака.
Исследованиями установлено, что наиболее значительную изменчивость у гороха имеют признаки: масса семян с растения (43,8%, 42,2%, 47,7%); число бобов на растении (40,2%, 39,4%, 45,5%); число семян с растения (40,1%, 39,5%, 44,2%); масса сухого растения (38,6%, 37,4%, 42,3%), соответственно в контрольном варианте, при двойной инокуляции семян штаммами ризобий и грибами арбускулярной микоризы и при внесении минеральных удобрений в дозе N45 P30 K60.
Двойная инокуляция семян гороха штаммами Rhizobium leguminosarum bv.viciae и грибами арбускулярной микоризы Glomus sp. оказывала на уровень проявления признаков – компонентов семенной продуктивности такое же влияние, как и внесение минеральных удобрений в дозе N45 P30 K60. При этом заметно увеличивалась масса семян с растения, масса сухого растения, масса 1000 семян, а длина стебля – уменьшалась. Наиболее отзывчивыми на двойную инокуляцию оказались: к-8274, Fallon, Franklin, PS 7(8)10765, PS 810191, PS 810240, Триумф.
Содержание азота, фосфора и калия в семенах растений гороха. Химические элементы, поглощаемые растениями из почвы в разных количествах, играют определенную биохимическую и физиологическую роль и ответственны за синтез тех или иных веществ в растительном организме.
Установлено, что двойная инокуляция способствовала увеличению содержания азота в семенах растений гороха на 4,4% по сравнению с моноинокуляцией клубеньковыми бактериями. При этом содержание фосфора возросло на 9,5%, а калия – осталось практически без изменения.
Стабильность концентрации калия в семенах гороха определяется специфичностью эндомикоризного гриба и специфичностью функционирования почвенного изолята, использованного в работе.
Наиболее высокий уровень накопления азота, фосфора и калия в семенах при двойной инокуляции отмечен у сортообразцов к-7128, к-8274 и сорта Триумф. Эти генотипы рекомендуется использовать в селекционных программах в качестве доноров, отзывчивых на двойную инокуляцию.