Эколого-генетические аспекты возделывания льна в условиях западно-сибирского р е гиона
На правах рукописи
ЧУДИНОВА Юлия Валерьевна
Эколого-генетические аспекты возделывания льна
в условиях западно-сибирского региона
03.00.16 – Экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Новосибирск 2008
Работа выполнена в ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет и ГОУ ВПО Томский государственный университет
| Научный консультант | доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Наплекова Надежда Николаевна |
| Официальные оппоненты: | доктор биологических наук, профессор Сорокин Николай Дмитриевич доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Цильке Регинальд Александрович доктор биологических наук, старший научный сотрудник Терещенко Наталья Николаевна |
| Ведущая организация | ФГОУ ВПО Томский государственный педагогический университет |
Защита состоится « » __________ 2008 г. в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 220.048.03 при ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет по адресу: 630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160. Тел., факс: (383) 264-29-34, e-mail: [email protected].
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет и на сайте НГАУ www.nsau.edu.ru
Автореферат разослан «___»______________ 2008 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Маренков В.Г.
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Экстремальные экологические условия Западной Сибири предъявляют особые требования к биологии возделывания льна и других культурных растений. Они должны обладать широким диапазоном онтогенетической адаптивности, обеспечивающим устойчивую продуктивность в условиях резких колебаний абиотических факторов окружающей среды.
Лен – ценная сельскохозяйственная культура, из которой получают два вида продукции – волокно и семена. Особый интерес представляет выведение универсальных сортов, несущих в своем генотипе гены, детерминирующие хозяйственно-ценные признаки как долгунцовых, так и крупносемянных форм, отличающихся высокой продуктивностью по волокну и семенам.
Основные посевы льна в условиях Западной Сибири сосредоточены в лесостепной зоне Приобья и таежной зоне Томской области. Зоны характеризуются контрастностью климата. Основным селекционным подходом в этих условиях следует считать выведение сорта со средней, генетически стабилизированной урожайностью, что в долгосрочной перспективе представляет большую экономическую ценность, чем специализированный сорт с потенциально высокой, но сильно варьирующей урожайностью.
Лен относится к стенобионтным видам. Сорт льна может создавать лишь предпосылки, а определяющее влияние в условиях резко-континентального климата Западно-Сибирского региона имеет комплекс агротехнических мероприятий, снижающих или повышающих действие природных экологических факторов (Крепков, 2004). Уникальной особенностью льна является то, что у некоторых сортов после выращивания в течение одного поколения в четко заданных условиях среды (соотношение в почве N:P:K) обнаруживаются наследственные изменения (Cullis, 1981; Durrant, 1962; 1971). Возникающие стабильные линии, названные генотрофами, отличаются одна от другой и от исходного сорта. Это позволяет оценивать лен как чрезвычайно интересную модель в плане исследования эпигенетических механизмов регуляции генома.
Расширение площадей посевов льна тесно связано с селекцией. Особую роль в решении этой проблемы имеет разработка вопросов управления экологической и генотипической изменчивостью растений льна. В этой связи одно из центральных мест принадлежит сорту, как динамичной биологической системе, способной реализовать потенциал генотипа при определенных экологических условиях (Цильке, 1983). Важно при этом дать количественную характеристику реакции генотипов сорта и гибридного материала льна разного назначения на изменение внешней среды в различных экологических пунктах. Это позволит практически оценить и осуществить подбор перспективных генотипов льна для разных районов возделывания.
Полемика вокруг необходимости экологизации сельского хозяйства ведется в России не первое десятилетие. В этой связи приоритетным направлением в изучении льна и других культурных растений в настоящее время является проблема повышения эффективности микробно-растительного взаимодействия, то есть действия биотического фактора (Петров, 2002). В ходе эволюции между растениями и почвенными микроорганизмами, обитающими в прикорневой зоне растений формируются взаимоотношения, взаимовыгодные как для растений, так и для микроорганизмов, обеспечивающие устойчивое существование экосистемы (Вернадский, 1977; Заварзин, 2003; Звягинцев, 1987; Мишустин, 1972; Сорокин, 1993; Тихонович, Проворов, 2005; Clark, Paul, 1970 и др.). Поскольку прикорневая микрофлора оказывает большое влияние на рост и развитие растений продуктами своего метаболизма, растения сами могут изменять микрофлору почвы (Архипова, 1999).
Вопросы почвенной и эпифитной микрофлоры льна в отличие от других растений изучены слабо, и недостаточно рассмотренным является сохранение и поддержание плодородия почв при получении устойчивых, высоких урожаев льнопродукции. Настоящее исследование направлено на выявление роли и связи экологических, генетических и протокооперативных факторов на формирование продуктивности у сортов и гибридов льна в условиях Западно-Сибирского региона.
Цель работы – провести комплексные эколого-генетические исследования и оценить влияние экологических факторов на симбиотрофную продуктивность при возделывании различных сортов и гибридов льна в условиях Западно-Сибирского региона.
Задачи исследований:
1. Получить перспективный для селекции гибридный материал, отличающийся высокой продуктивностью по льну-соломке и семенам и высокими адаптивными характеристиками. Провести сравнительный анализ высокопродуктивных гибридов F1-F12 и родительских сортов, выращенных в разных почвенно-микроклиматических условиях, с целью выявления лабильных и стабильных признаков продуктивности.
2. Осуществить анализ сортов и гибридов льна на уровне ДНК с помощью RAPD-анализа и генетически их паспортизировать. Оценить биологические параметры на основе физиолого-цитогенетических тестов.
3. Определить роль микробного сообщества ризосферы сортов и гибридов льна, выращиваемого в разных экологических условиях, а также эпифитной микрофлоры. Установить функциональную значимость микроорганизмов как биотического фактора для льна. Выяснить взаимовлияния растения микроорганизмы, микроорганизмы растения.
4. Выявить оптимальные предшественники для повышения продуктивности льна, используя показатели биологической активности почв, микробного пула и емкости среды.
5. Выделить метаболиты микроорганизмов ризосферы, оценить их влияние как стимуляторов или ингибиторов продуктивности льна.
6. Провести мониторинг микробных сообществ почв, занятых льном.
7. Оценить долю влияния абиотических, биотических, антропогенных факторов, выявить их роль в формировании признаков продуктивности льна.
Научная новизна. Впервые на разнообразном генетическом материале выявлен вклад экологических факторов в общее фенотипическое варьирование основных признаков продуктивности льна, что позволяет повысить урожайность этой культуры. В результате гибридизации крупносемянного и долгунцового сортов льна и последующего отбора по комплексу признаков получены адаптированные к условиям Западно-Сибирского региона гибридные формы, перспективные в качестве селекционного материала.
На основе физиолого-цитогенетических биотестов установлены адаптивные показатели гибридов F1. Выявлены лабильные и стабильные признаки продуктивности гибридов F2-F12 и родительских сортов. В ходе проведения эколого-генетического анализа показано, что сорта и полученные гибриды по-разному реагируют на почвенно-микроклиматические условия произрастания.
Выявлены адаптивные характеристики: сортоспецифичность ДНК по результатам RAPD-анализа и характер наследования у межсортовых гибридов. Проведена генетическая паспортизация исходных сортов и полученных гибридов после выявления морфологических, морфофизиологических, биохимических и молекулярно-генетических различий.
Оценена роль микробного сообщества ризосферы сортов и гибридов льна, выращиваемого в разных экологических условиях, а также эпифитной микрофлоры льна в формировании признаков продуктивности. Определена функциональная значимость микроорганизмов.
Метаболиты микроорганизмов ризосферы оценены как стимуляторы (ингибиторы) продуктивности льна.
Среди биотических факторов выделены оптимальные предшественники для получения высокой продуктивности льна при использовании показателей биологической активности почв, микробного пула и емкости среды.
Установлено действие абиотических факторов на биодинамику микробных сообществ почв разных экологических пунктов Западной Сибири. Ризосфера льна на каждом исследуемом участке имеет специфичную прикорневую микрофлору. Величина микробного пула бактерий на разных почвах превышает 1 млн в 1 г, такой пул обеспечивает активное протекание энергетических и метаболических процессов в почве. Наиболее устойчивы сообщества популяций микроорганизмов в условиях подзолистой супесчаной и серой лесной почвы, в них пул микроорганизмов в ризосфере льна наиболее стабилен по сравнению с другими почвами. Видовой состав микрофлоры ризосферы, листьев и семян льна специфичен.
Доказано действие антропогенных факторов (бактеризация, биологические препараты) на продуктивность льна. Оценены изменения в микробных сообществах почв при внесении экологически безопасных стимуляторов роста и развития растений и биологических удобрений в разных зонах произрастания. Показано положительное влияние стимуляторов роста и развития гумата натрия, оксидата торфа на показатели продуктивности льна, вегетационный период, устойчивость к заболеваниям. Экологически безопасный биопрепарат БакСиб ускоряет прохождение фаз развития льна, улучшает сохранность растений льна к уборке, повышает сырую биомассу и массу волокна. При этом снижается численность микроскопических грибов и фитотоксичность почвы под сортом и гибридами на фоне осадков сточных вод.
Практическая значимость и реализация результатов. В результате проведенных исследований получены адаптированные к условиям Западно-Сибирского региона перспективные для селекции гибридные формы. Они характеризуются высокой продуктивностью по льну-соломке и семенам, высокими адаптивными характеристикам, устойчивы к болезням и полеганию. Получена перспективная линия гибрида F3 от скрещивания крупносемянного марокканского сорта К6774 и долгунца томского Т10, признаки продуктивности которой сохранились на уровне Т10, показатели семенной продуктивности возросли в 1,5 – 2 раза по сравнению с Т10 при низкой дисперсии признаков. Этот гибрид может быть рекомендован для размножения и сортоиспытаний с целью районирования в условиях Сибирского региона.
Результаты исследований дают возможность объективно оценить действие экологических факторов на развитие льна в разных климатических зонах. Испытание сортов и гибридов в разных экологических условиях позволило выделить определенные биотопы, наиболее пригодные для возделывания льна.
В области генетики и селекции, полученные RAPD-анализом характеристики дают возможность значительно расширить наши представления об относительной роли генетических и средовых факторов и пополнить банк данных по сортам и гибридам льна, пригодным для возделывания в сибирских условиях.
Результаты исследований по влиянию биологических препаратов на микробный ценоз почвы и популяции L. usitatissimum вошли составной частью в методические рекомендации и используются в земледелии Новосибирской и Томской областей. Показано, что биологические препараты гумат натрия, оксидата торфа, БакСиб, Альбит целесообразно применять под культуру льна. Обработка семян химическим протравителем Бункер и биопрепаратом Альбит с опрыскиванием посевов баковой смесью гербицида Пик и биопрепарата Альбит может рекомендоваться для получения высокой урожайности соломки и волокна.
Материалы диссертации использованы при составлении учебных пособий и применяются в учебном процессе в курсах «Технология возделывания льна», «Селекция и семеноводство полевых культур» при подготовке специалистов-агрономов в Западно-Сибирском регионе.
Защищаемые положения:
1. Гибриды, полученные от скрещивания сортов льна Т10 и К6774, адаптированы к условиям Западно-Сибирского региона, отличаются высокой продуктивностью по льну-соломке и семенам, хорошими адаптивными характеристиками и перспективны для селекции. Основные признаки продуктивности (высота, техническая длина, число коробочек) сортов и гибридного материала льна являются лабильными и варьируют в зависимости от места произрастания. Масса волокна, масса семян, процентное содержание волокна в стебле, являются относительно стабильными для сортов.
2. На основании молекулярно-генетических различий моно- и полиморфизма на уровне ДНК с помощью RAPDанализа можно генетически паспортизировать сорта льна для селекционной работы.
3. Микробные комплексы ризосферы сортов и гибридов льна, выращиваемого в разных экологических условиях, а также эпифитные микроорганизмы льна, характеризуются специфичностью пула и видового состава. Качество семян гибридных форм и сортов в большей степени зависит от физико-химических свойств почвы, чем от условий года. Биологические препараты гумат натрия, оксидат торфа, БакСиб, Альбит целесообразно применять под культуру льна. Оптимальным предшественником льна является озимая рожь.
4. На формирование продуктивности сортов и гибридов льна оказывают влияние связанные экологические, генетические и протокооперативные факторы.
Апробация работы. Полученные материалы и основные положения диссертации представлялись и обсуждались на 9 международных, 7 всероссийских конгрессах и совещаниях, 11 региональных конференциях
Публикации результатов исследований. Основные положения диссертации опубликованы в 69 научных работах, в том числе 18 – в ведущих рецензируемых научных журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 316 страницах машинописного текста, состоит из введения, 9 глав, обсуждения, выводов, списка использованной литературы, включающего 234 наименования, в том числе 50 на иностранных языках. Работа содержит 99 таблиц, 106 рисунков.
Личный вклад автора заключается в формулировании проблемы, постановке целей и задач исследования, выборе методов исследований, выполнении экспериментальной части, обобщении и интерпретации полученных результатов, подготовке научных публикаций. Экспериментальные исследования и теоретические обобщения выполнялись лично автором и совместно с другими исследователями в ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет в рамках 4 государственных комплексных научно-технических программ и планов НИР и по теме «Биологическая активность пахотных почв Сибири», номер государственной регистрации 01.200.113909, а также в ГОУ ВПО Томский государственный университет. Все работы, выполненные совместно с другими специалистами, опубликованы.
Автор выражает искреннюю благодарность научному консультанту, зав. кафедрой агроэкологии НГАУ, д-ру биол. наук, проф. Н.Н. Наплековой; зав. кафедрой технологии и переработки сельскохозяйственной продукции НГАУ, д-ру с.-х. наук, проф. Н.Н. Шипилину; зав. кафедрой цитологии и генетики ТГУ, д-ру биол. наук, проф. В.Н. Стегнию; зав. лабораторией микробиологии НГАУ К.Н. Котовой за помощь на разных этапах проведения работы и обсуждения результатов.
2. материал и методы исследований
Объектом исследований служили разные сорта льна из коллекции Томской государственной сельскохозяйственной опытной станции (ТГСХОС), различающиеся по семенной и продуктивности волокна. Экспериментальный отбор почвенных образцов проводили в 1998 – 2007 гг. с опытных полей ТГСХОС, льноводческих хозяйств Томской области (экологические пункты: д. Половинка, Писаревка, Ключи, г. Асино), опытного поля Сад Мичуринцев НГАУ и экспериментального участка Голландии (город Вагенинген).
Для выявления реакции полученного гибридного материала F2 и F3-F12 на почвенно-климатические условия микрозон их выращивали на участках, отличающихся по комплексу экологических факторов. F1 – F3 гибридов выращивали в луночном питомнике отбора в поле на высоком агротехническом фоне, в выравненных условиях. Параллельно луночному питомнику для отбора элитных растений использовали питомник отбора рядовой. Оценивали сорта льна на устойчивость к полеганию (Методические указания, 1987). Гибриды F1 параллельно изучали в провокационно-инфекционном питомнике на фузариоз (Методические указания, 1969). Гибридный материал был получен в условиях полевых опытов по схемам: а) парные – А ‘ В, реципрокные – В ‘ А лучших сортов; б) возвратные (беккросс) лучших гибридов F1 с одним из сортов той же комбинации; в) лучших гибридов F1 с третьим сортом. Содержание волокна в стеблях определяли по методике ВНИИ льна (Методические указания, 1968). Оценку урожая по количеству содержащегося в стебле волокна проводили по стандартной методике (Методические указания, 1969; 1987).
У изучаемых сортов и гибридов льна определяли воздушно-сухую массу растений, площадь листьев (Баславская, Трубецкова, 1964; Вальтер и др., 1957; Ермаков и др., 1972). Чистую продуктивность фотосинтеза рассчитывали по методике, предложенной Ничипоровичем (1973). Выделение фотосинтетических пигментов проводили по общепринятой методике (Шлык, 1971). Интенсивность дыхания оценивали по скорости выделения СО2 в замкнутом объеме экспозиционных камер при помощи лазерного фотоакустического спектрометра (Агеев и др., 1994).
Ядерно-ядрышковое отношение изучали по методике Е. Кип (Keep, 1971); активность рибосомных локусов по морфометрическим параметрам ядрышка и ядра клетки меристемы проростков семян.
Выделение суммарной ДНК растений проводили по стандартной методике (Дрейпер и др., 1991). Для RAPD-анализа использовался набор из 35 случайных праймеров длиной 10-11 нуклеотидов; G-C состав: 50-80%. Праймеры синтезированы В.Ф. Кобзевым с помощью Н-фосфатного метода (ИЦиГ СО РАН). Разделение продуктов ПЦР проводили в 2%-м агарозном геле. Визуализацию фрагментов ДНК осуществляли в ультрафиолетовом свете.
Почвенные образцы для изучения микробиологических показателей отбирали из пахотного слоя (0-20 см). Количество микроорганизмов в почве, ризосфере льна и эпифитных учитывали методом разведений на питательных средах. Содержание жизнеспособных микроорганизмов устанавливали по числу колониеобразующих единиц (Большой практикум, 1962; Мишустин, 1955; Методы…, 1980; Теппер, 1993). Учитывали следующие группы микроорганизмов: аммонифицирующие – на МПА (мясо-пептонный агар); микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, на КАА (крахмало-аммиачный агар); микроскопические грибы – на подкисленной молочной кислотой до pH 4,5 среде Чапека; целлюлозоразрушающие – на среде Гетчинсона; аэробные азотфиксаторы (азотобактер и олигонитрофилы) – на среде Эшби.
Виды определяли, используя стандартные методики и определители (Ежов, 1974; Краткий определитель, 1980; Литвинов, Великанов, 1991; Основные представители, 1988; Gilman, 1957; Krassilnikov, 1959).
Фитотоксическую активность почвы устанавливали методом почвенных пластинок (Методы изучения…, 1966; Методы почвенной…, 1980).
Сахара определяли методом тонкослойной хроматографии (Методы биохимического…, 1972), органические и аминокислоты методом бумажной хроматографии (Методы биохимического…, 1972; Трофимова, 1971).
Биологическую активность почв выявляли аппликационным методом по активности протеолитических ферментов (Вавуло, 1971) и интенсивности разложения клетчатки в природных условиях (Мишустин, Петрова, 1963).
Данные обработали статистически с помощью компьютерной программы в пакете Statistica 5.0 под Windows, используя методы Шапиро-Уилке, корреляционный анализ, одно-двухфакторный диспеpсионный анализ, дискpиминантный анализ.
Анатомический анализ стеблей льна проводили при помощи светового микроскопа Olympus CX41 при увеличении 20 40 и 20 10. Фотографирование производили при помощи камеры Olympus C7070.
3. результаты исследований
Метеорологические условия в годы проведения исследований были удовлетворительными для возделывания льна. Среднемесячная температура воздуха периода вегетации в мае в большинстве лет превышала среднемноголетнюю; в июне была ниже в 1995, 1997, 2001, 2002, 2005 гг., а превышала заметно в 1994, 2002, 2003, 2005, 2006 гг.; в июле в 1997, 2001, 2002, 2004 гг. была ниже среднемноголетней, а в 1996, 1998, 2005, 2007 гг. превышала ее; в августе 1995, 1998, 2001, 2005 гг. превышала ее, а в 1996, 1997, 2002, 2006 гг. была ниже многолетней. Осадков в мае выше среднемноголетней нормы выпало в 1996, 1997, 1998, 2002, 2007 гг.; в июне в 1996, 1998, 2001, 2002 гг.; в июле в 2001, 2002, 2004, 2005, 2006 гг.; в августе в 1994, 1996, 1998, 2001, 2004, 2006, 2007 гг.; в сентябре в 1996, 2004, 2006 гг.
3.1. Сравнительный анализ сортов льна
в разных экологических условиях, селекционная ценность,
биологические показатели
Известно, что продуктивность культурных растений и их экологическая толерантность прежде всего зависят от сорта и его адаптационных способностей. Результаты анализа длины вегетационного периода, устойчивости к болезням и полеганию 14 разнопродуктивных сортов льна показали, что сорта долгунец томский Т-10 и крупносемянный марокканский сорт K-6774 следует вовлекать в селекционный процесс. Изучение популяции дикого льна L. sibiricum в Республике Хакасия показало, что этот вид имеет четкие морфологические отличия от льна культурного, является более раннеспелым, устойчив к болезням, что также позволяет вовлекать его в селекционный процесс.
По основным хозяйственно-ценным признакам 1106 гибридных растений F1, полученных в ходе проведения 131 меж- и внутривидовых реципрокных скрещиваний сортообразцов льна с долгунцом томской селекции Т-18 и 115 – с Т-10, отобраны гибриды от скрещивания льна-долгунца Т-10 с крупносемянным К-6774. Эти гибриды отличаются высокой продуктивностью по льну-соломке и семенам и высокими адаптивными характеристиками.
У гибридов F1 проявилось частичное доминирование родителя с большими размерами семян по типу крупносемянного сорта. По таким селекционным признакам, как масса семян, техническая длина, высота растения, масса соломы, масса волокна, число коробочек на растении, диаметр стебля, раннеспелость, установлено промежуточное наследование или частичное доминирование. При оценке признаков продуктивности F1 наблюдалось нормальное распределение. Корреляционный анализ признаков продуктивности родительских сортов и гибридов F1 показал наличие положительной связи между массой волокна и массой стебля как у сортов, так и у гибридов. Между другими признаками достоверно значимые связи не установлены. Дисперсионный однофакторный анализ выявил статистически значимые различия между родительскими сортами и полученными гибридами F1 по признакам продуктивности: высота (F=3,03; p<0,04), масса волокна (F=4,10; p<0,01), масса 1000 семян (F=0,76; p<0,009), число коробочек на растении (F=7,56; p<0,001), процентное содержание волокна в стебле (F=6,00; p<0,002) при прямых и обратных скрещиваниях. Использование линейных контрастов Шеффе показало четкое различие по признакам продуктивности всех исследуемых гибридов. Такие данные получены с помощью дискриминантного анализа, проведенного с целью определения различий между сортами и гибридами по комплексу признаков продуктивности: длина семени, ширина семени, масса волокна, процентное содержание волокна в стебле, диаметр стебля, техническая длина, высота, число коробочек, масса стебля. Отмечено, что родительские сорта Т-10 и К-6774 по признакам продуктивности различаются резко, а гибриды незначительно. Это показано с помощью метода пошагового включения переменных в единый комплекс (рис. 1).
Рис. 1. График распределения признаков продуктивности (1-я дискриминантная функция) гибридов F1 и их родительских форм Т10, К6774
Таким образом, сорта, выбранные для селекции, имеют контрастные показатели продуктивности. Сорт Томский 10 характеризуется высокой продуктивностью по волокну, но относительно низкой по семенам, тогда как сорт К-6774, наоборот, высокой семенной продуктивностью, но низкой – по волокну. Гибриды характеризуются промежуточным типом наследования элементов продуктивности (рис. 2). При изучении полученных гибридов от скрещивания Т-10 и К-6774 и их родительских форм показано, что гибриды являются устойчивыми к болезням, что позволяет вовлекать их в селекционный процесс.
На основе различных биотестов выявлены адаптивные показатели гибридов F1. Изучали параметры, коррелирующие с продуктивностью растений: скорость фиксации СО2 (рис. 3), фотохимическую и ферментативную активность хлоропластов, мезоструктуру листа, его удельную поверхностную плотность, чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ), фонд фотосинтетических пигментов.
Т10 К-6774
Т10 К6774 К6774 Т10
Рис. 2. Высота растений гибридов F1 и их родительских форм, см
Рис. 3. Интенсивность выделения СО2 растениями гибридов F1
и их родительских форм Т10 и К6774
При исследовании родительских сортов, а также прямых и обратных гибридов F1 показано, что гибриды превосходят по адаптивным показателям продуктивности родительские формы (Зотикова,…Чудинова и др., 1997, Астафурова,…Чудинова и др., 1997). Об усилении синтеза РНК-продуктов свидетельствует уменьшение ядерно-ядрышкового соотношения (Дуброва,…Чудинова и др., 1997).
Анализ характера наследования признаков продуктивности и адаптивно-значимых признаков разнокачественных сортов и гибридов льна, выращенных в различных почвенно-климатических условиях, с целью выявления размаха изменчивости показал высокую степень влияния разных экологических факторов на выраженность признаков продуктивности F2-F10. Статистически достоверные отличия в прохождении фаз развития между родительскими сортами и гибридами установлены в пределах одного типа почв. Наряду с этим, подобные отличия зафиксированы по данным показателям в пределах трех изучаемых почв. Это, очевидно, объясняется почвенно – климатическими условиями участков, которые значительно различаются между собой (рис. 4).
Сравнительный анализ родительских сортов и гибридов по pазмерам семян, высоте растения, числу коробочек, технической длине показал, что наиболее сильно, судя по результатам переклассификации, различаются сорта Т-10 и К-6774. Гибриды представляют собой смешанную группу и в большинстве случаев тяготеют к Т-10 (рис. 5).
Рис. 4. График распределения прироста льна (1-я дискриминантная функция) гибридов F2 и их родительских форм Т10, К6774 по участкам наблюдения
Рис. 5. График распределения признаков продуктивности (1-я дискриминантная функция) гибридов F2 и их родительских форм Т10, К6774
Между родительскими сортами и гибридами получены достоверные различия на всех экспериментальных участках по высоте растения, технической длине, размерам и массе 1000 семян, числу коробочек на растении и линейным размерам семян. Отмечено, что признак «число дней от посева до созревания семян» вносит наибольший вклад в различия по месту произрастания.
На трех участках исследования гибридов и сортов установлено, что у сортов по сравнению с гибридами наблюдается наибольшее число корреляционных связей между элементами продуктивности (рис. 6).
Рис. 6. Корреляционный анализ признаков продуктивности гибридов F2 (б)
и их родительских форм Т10, К6774 (а), r для р<0,05.
При анализе сорта Т-10 отмечена положительная корреляция между признаками волокнистой продуктивности (масса стебля высота, масса волокна высота), а у К семенной (масса волокна число коробочек). Эти корреляционные связи являются характерными как для сортов, так и для гибридов. У родительских сортов и гибридов выявлены устойчивые взаимосвязи между признаками «масса семян растения число коробочек», «масса волокна масса стебля». Одновременно показано, что у родительских сортов имеется зависимость «масса стебля диаметр стебля», чего нет у гибридов. Таким образом, основные признаки продуктивности (высота, техническая длина, число коробочек) подвержены влиянию среды и являются лабильными; а масса волокна, масса семян, процентное содержание волокна в стебле являются стабильными признаками, характерными для сорта. Выявлены различия по признакам продуктивности родительских сортов и полученных гибридов F2 в зависимости от экологических условий произрастания.
Для F3 гибридов продолжен анализ наследования основных признаков продуктивности сортов Т-10, К-6774 и полученных гибридов, выращенных в разных почвенно-микроклиматических условиях с целью выявления перспективных линий. С этой целью семена отдельных высокопродуктивных растений F2, полученных в 1997 г. на ТГСХОС, в Половинке и Писаревке, делили на три части и высевали на разных участках (табл. 1).
Установлены статистически достоверные различия в прохождении фаз развития растений сортов и гибридов на разных экологических участках наблюдения. Ускоренное прохождение стадий развития на песчаных почвах в Половинке можно объяснить повышенным содержанием фосфора, достаточное количество которого сокращается в период созревания (Клячина, Крепков, 1997). По высоте растений наибольшими показателями отличались гибриды F3, выращенные в Половинке, тогда как поколение F2 показало повышенную высоту растений в Писаревке. Можно предположить, что увеличение высоты связано с калийным питанием, достаточное количество которого в этих пунктах положительно влияет на рост льна. Та же тенденция отмечена по технической длине. По числу коробочек на растении выделяется участок
Таблица 1. Элементы продуктивности гибридов F3 и их родительских форм Т10, К6774, выращенных в разных экологических пунктах
| Признак | Место | Сорт, гибрид | |||||||
| T-10 | T-10 K-6774 (1) | T-10 K-6774 (2) | T-10 K-6774 (3) | K-6774 T-10 (1) | K-6774 T-10 (2) | K-6774 T-10 (3) | K-6774 | ||
| Высота, см | ТГСХОС | 67,80±1,65 | 53,55±1,96 | 59,20±2,50 | 60,30±2,70 | 65,70±1,40 | 63,60±2,06 | 56,00±3,20 | 62,00±1,44 |
| Половинка | 104,50±4,57 | 88,60±3,60 | 102,10±2,90 | 102,00±2,80 | 106,80±2,70 | 116,50±3,60 | 109,30±2,90 | 86,50±2,07 | |
| Писаревка | 90,70±3,61 | 86,50±2,10 | 101,60±2,40 | 92,50+3,20 | 90,50±2,01 | 92,50±2,40 | 78,60±2,30 | 63,30±2,99 | |
| Техническая длина, см | ТГСХОС | 59,40±0,93 | 44,60±1,34 | 49,20±1,40 | 49,90±2,05 | 56,20±1,05 | 57,40±1,60 | 48,50±2,30 | 53,80±1,34 |
| Половинка | 85,00±2,06 | 72,10±3,70 | 80,90±2,70 | 87,50±2,20 | 85,70±9,01 | 99,00±3,40 | 92,60±3,80 | 72,20±2,75 | |
| Писаревка | 72,80±1,65 | 63,00±2,03 | 77,30±1,60 | 72,80±2,20 | 71,20±2,70 | 77,70±1,90 | 69,00±1,40 | 49,40±2,06 | |
| Число коробочек на растении | ТГСХОС | 3,40±0,62 | 6,36±0,81 | 4,00±0,80 | 6,80±0,40 | 4,60±0,60 | 4,00±0,41 | 4,60±0,60 | 9,10±1,55 |
| Половинка | 6,90±0,72 | 8,10±0,67 | 10,00±2,10 | 7,30±0,90 | 10,40±0,80 | 10,20±1,40 | 8,09±0,90 | 9,10±1,55 | |
| Писаревка | 8,20±1,50 | 14,20±1,96 | 13,50±2,30 | 10,90±1,03 | 11,20±1,70 | 8,60±0,90 | 7,80±0,60 | 14,00±2,89 | |
| Масса семян растения, г | ТГСХОС | 0,14±0,01 | 0,29±0,01 | 0,17±0,02 | 0,32±0,01 | 0,29±0,02 | 0,17±0,01 | 0,22±0,01 | 0,49±0,03 |
| Половинка | 0,30±0,01 | 0,42±0,02 | 0,45±0,02 | 0,36±0,01 | 0,54±0,02 | 0,46±0,04 | 0,42±0,03 | 0,66±0,03 | |
| Писаревка | 0,36±0,01 | 0,66±0,03 | 0,61±0,01 | 0,58±0,02 | 0,69±0,06 | 0,40±0,02 | 0,41±0,01 | 0,90±0,05 | |
| Масса 1000 семян, г | ТГСХОС | 4,27±0,09 | 4,67±0,29 | 4,38±0,08 | 4,75±0,31 | 5,08±0,21 | 4,40±0,16 | 4,83±0,17 | 5,45±0,16 |
| Половинка | 4,45±0,06 | 5,30±0,19 | 4,55±0,05 | 4,97±0,53 | 5,27±0,08 | 4,59±0,09 | 5,29±0,15 | 7,30±0,17 | |
| Писаревка | 4,45±0,12 | 4,78±0,36 | 5,03±0,14 | 5,41±0,28 | 5,63±0,21 | 4,75±0,05 | 5,33±0,18 | 6,47±0,43 | |
Примечание. (1) – урожай получен на ТГСХОС; (2) – урожай получен в Половинке; (3) – урожай получен в Писаревке
дерново-глеевой антропогенно-измененной среднесуглинистой почвы Писаревка, здесь максимальные показатели отмечены как у гибридов F2, так и F3. Интересно, что по признаку «масса 1000 семян» гибриды F3, выращенные в Половинке, сохраняют показатели гибридов F2 из Писаревки (табл. 1).
В результате анализа признаков продуктивности гибридов F3 в 1998 г. выявлена высокопродуктивная линия из гибридной популяции К-6774 Т-10 от скрещивания крупносемянного марокканского К-6774 и долгунца томского Т-10. Признаки долгунцовости этой линии сохранились на уровне Т-10, показатели семенной продуктивности возросли в 1,5 – 2 раза по сравнению с Т-10. Изменчивость основных признаков продуктивности гибрида оказалась незначительной по сравнению с другими линиями. Полученная линия может быть рекомендована для размножения и сортоиспытаний в условиях Томской области.
Для выявления возможных межсортовых отличий по ДНК использовали RAPD-анализ, основанный на полимеразной цепной реакции со случайным праймером. Был использован набор из 35 праймеров длиной в 10-11 нуклеотидов, G-C состав которых варьировал от 50 до 80 %. Продукты амплификации с 20 праймерами были мономорфны. Выявлена сортоспецифичность ДНК по результатам ПЦР с 15 праймерами и гибридный характер наследования у межсортовых гибридов по тем же праймерам (табл. 2).
При этом среди разных сортов льна и полученных от них гибридов возможно выделить 8 типов по результатам RAPD-анализа:
1) родительские сорта и их гибриды мономорфны;
2) сортоспецифические амплифицированные фрагменты по-разному проявляются у гибридов:
- имеются у одного гибрида (рис. 8, праймер 44, ок. 1400 п.н.; рис. 9, праймер 85, ок. 1000 п.н.);
- у обоих гибридов (рис. 8, праймер 92, ок. 750 п.н.; праймер 177, ок. 530 п.н.; рис. 9, праймер 85, ок. 650 п.н.; рис. 10, праймер 91, ок. 800 п.н.);
- не проявляются ни у одного из гибридов (рис. 8, праймер 44, ок. 1093, 1380 п.н.; рис. 10, праймер 91, ок. 805 п.н.; рис. 11, праймер 157, ок. 900 п.н.);
- различаются у родителей и гибридов по интенсивности при одинаковых условиях ПЦР (рис. 7, праймер 194, ок. 1350 п.н.).
Таблица 2. Наличие амплифицированного фрагмента у гибридов и их родительских форм T-10, K-6774
| Номер случайного праймера | Первичная структура случайного праймера | Сорт, гибрид | |||
| T-10 | T-10 К -6774 | K-6774 T-10 | K-6774 | ||
| Амплифицированный фрагмент, п.н | |||||
| 35 | gaaatatgccc | 1093 | 1093 | 1093 | |
| 44 | agaaaacgaag | 468 | 468 | 468 | |
| 514 | 514 | 514 | |||
| 1093 | |||||
| 1380 | |||||
| 1400 | 1400 | ||||
| 58 | atcggtcggta | 1093 | 1093 | ||
| 800 | 800 | 800 | |||
| 85 | atggatgctag | 650 | 650 | 650 | |
| 1000 | 1000 | 1000 | |||
| 1093 | 1093 | 1093 | |||
| 91 | catacgatacg | 468 | 468 | 468 | |
| 800 | 800 | 800 | |||
| 805 | |||||
| 900 | |||||
| 1400 | 1400 | 1400 | |||
| 1450 | |||||
| 92 | taccaaaatcg | 750 | 750 | 750 | |
| 157 | tggtgactga | 900 | 900 | ||
| 1159 | 1159 | 1159 | |||
| 159 | tggtcagtga | 900 | 900 | ||
| 1159 | |||||
| 177 | ccgaacgggt | 514 | |||
| 530 | 530 | 530 | |||
| 1093 | 1093 | 1093 | |||
| 180 | tcaccgaacg | 1093 | 1093 | 1093 | |
| 650 | 650 | 650 | 650 | ||
| 181 | gccaatcctg | 468 | 468 | 468 | |
| 182 | ggacgggtgc | 650 | 650 | 650 | |
| 183 | ggaccaccat | 514 | |||
| 468 | 468 | 468 | |||
| 184 | ccacgacgat | 750 | 750 | 750 | |
| 194 | aggtcactga | 1350 | 1350 | 1350 | 1350 |
Полиморфизм по интенсивности.
п.н. – пары нуклеотидов.
Рис. 7. RAPD-спектры гибридов и их родительских форм Т-10, К-6774,
полученные с праймерами 187, 194
Рис. 8. RAPD-спектры гибридов и их родительских форм Т-10, К-6774,
полученные с праймерами 44, 92, 177
Рис. 9. RAPD-спектры гибридов и их родительских форм Т-10, К-6774,
полученные с праймером 85
Рис. 10. RAPD-спектры гибридов и их родительских форм Т-10, К-6774,
полученные с праймером 91
Рис. 11. RAPD-спектры гибридов и их родительских форм Т-10, К-6774,
полученные с праймерами 156, 157
Установлена высокая межсортовая генетическая гетерогенность, что, вероятно, связано с более высокими продуктивными и адаптивными качествами межсортовых гибридов. Выявленная сортоспецифичность ДНК и характер наследования у межсортовых гибридов позволяют генетически паспортизировать исходные сорта и полученные гибриды с целью их идентификации для дальнейшей селекционной работы.
3.2. Изучение генотрофии в разных
экологических условиях
Линия из гибрида КТ3-1 характеризовалась высокими показателями на всех участках с разными экологическими условиями (кроме участка г. Асино). Результаты исследования подтверждают предположение о том, что данная линия является генотрофной. Ее предлагается размножать, особенно на дерново-глубокоподзолистой и дерново-глеевой почвах (участки д. Половинка и Писаревка) (рис. 12).
Рис. 12. Кластеры линии КТ 3-1 (1), выращенной на участке д. Половинка:
% – процентное содержание волокна в стебле; ч.к. – число коробочек на растении; диам. – диаметр стебля, мм; т.д. – техническая длина, см; м.сем. – масса 1000 семян, г; м.ст. – масса стебля, г; м.вол. – масса волокна стебля, г; ч.п.в. – число порядков ветвления соцветия; выс. – высота растения, см
Наиболее продуктивной по технической длине и процентному содержанию волокна оказалась линия КТ3-1. Наивысшие показатели продуктивности линий КТ1-1, КТ1-3 и особенно КТ3-1 были получены на дерново-глеевой антропогенно-измененной среднесуглинистой почве.
Качество и количество льнопродукции обусловлено сочетанием различных свойств почв, ведущим из которых, при обеспеченности почв основными элементами питания, является гранулометрический состав, и как следствие, водно-воздушный режим почв. Полученные показатели по основным признакам продуктивности и свойствам почв подтверждают пригодность и перспективность исследуемых земель для возделывания и селекции льна. При этом лучшими являются дерново-глеевая среднесуглинистая (участок III Писаревка) и дерново- глубокоподзолистая супесчаная (участок II Половинка) почвы (рис. 12).
3.3. Влияние почвенно-микроклиматических условий
на основные показатели продуктивности
Выявлено, что нецелесообразно высевать лен-долгунец под зиму в условиях Томской области, так как основные показатели продуктивности становятся ниже по сравнению с весенним посевом.
Сорта и перспективные гибриды льна, выращенные в разных почвенно-микроклиматических условиях, отличаются по показателям продуктивности.
Среди большого количества гибридов выбраны наиболее перспективные для дальнейшего исследования на почвах в д. Писаревка: (КТ)К и К(КТ), поскольку для них на этом участке выявлены наибольшие значения основных показателей продуктивности. Гибрид О(КТ) является наиболее перспективным для выращивания на участке в д. Половинка.
Гибриды О(КТ) и К(КТ) отличаются повышенными показателями продуктивности семян и волокна по сравнению с родительскими формами. Оба гибрида являются перспективными для дальнейшего сортоиспытания на территории Западно-Сибирского региона. Это подтверждают данные (учитывая полученную тесную связь признаков продуктивности на разных почвенно-микроклиматических участках) гистограмм и дискриминантного анализа.
Гибридные формы О (К Т) и К (К Т), выращенные в разных микроклиматических условиях на территории Томской области, являются перспективными для дальнейшего исследования на территории Западно-Сибирского региона. Они отличаются повышенными показателями продуктивности: семенной (до 4,8 г О (К Т) и 5,7 г К (К Т), а также волокнистой (до 33% О (К Т) и 26% К (К Т)).
Особенности распределения этих форм по совокупности некоторых признаков продуктивности по результатам кластерного анализа свидетельствуют об их устойчивости на разных участках произрастания. При этом по продуктивности семян и волокна они имеют тесную связь при объединении их в кластеры, что является необходимым условием для получения сорта двустороннего использования.
Выявлены оптимальные условия выращивания. Для гибридной формы О (К Т) – это участок I ТГСХОС, а для К (К Т) – как участок I, так и участок II Половинка (рис. 13).
Рис. 13. Процентное содержание волокна в стебле (а) и масса 1000 семян (б)
сортообразцов льна Т, К, О и их гибридных форм О (К Т), К (К Т)
У гибридов О(КТ) наибольшие показатели продуктивности получены на участке ТГСХОС, а у гибридов К(КТ) на участке д. Писаревка. Возможно, для получения высокой продуктивности данных гибридов их следует выращивать на почвах, близких по агрохимическим показателям к почвам ТГСХОС и д. Половинка.
Можно отметить, что экологические условия выращивания гибридов ТК и КТ на участке д. Половинка благоприятные. Сорта К и Т высшими показателями отличились на участке ТГСХОС, а сорт О – на участке д. Писаревка. Для О(КТ) более благоприятные экологические условия выявлены при выращивании на серых лесных почвах (I), а для К(КТ) на дерново-глеевой среднесуглинистой (III).
3.4. Биологическая активность почв и микрофлора льна
Урожайность льна и качество льнопродукции, как и других культур, в значительной мере связаны с численностью, структурой и функционированием микробных комплексов почвы и надземной части растений.
Нами исследовано биологическое состояние почв под посевами льна в разных экологических условиях. Изучены: микрофлора почв до посева льна; ризосферная микрофлора перед уборкой льна; влияние предшественников на ризосферную микрофлору льна; эпифитная микрофлора листьев льна; эпифитная микрофлора семян льна смешанного образца и разных порядков ветвления соцветия; ферментативная активность почв и интенсивность разложения целлюлозы в почвах, а также фитотоксичность почвы.
Результаты изучения таксономического разнообразия и количественного состава эпифитной и ризосферной микрофлоры льна культурного в зависимости от участка произрастания и времени вегетации в условиях Томской области показали специфичность по количественному составу аммонифицирующих микроорганизмов эпифитной микрофлоры семян, листьев, ризосферы сорта и гибрида льна на разных участках исследования, а также микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота и грибов.
Выявлена специфичность видового состава микрофлоры ризосферы, листьев и семян льна культурного. Показано, что видовой состав микроорганизмов на сорте представлен более разнообразно, чем на гибриде.
На семенах как сорта, так и гибрида, выращенных в разных экологических условиях (участки II, III), не обнаружено истинных фитопатогенов.
Участок II наиболее пригоден для возделывания льна в связи с присутствием бактерий-антагонистов, однако почва участка III ввиду отсутствия истинных патогенов также может использоваться для культивирования льна.
Азотобактер и целлюлозоразрушающие микроорганизмы хорошо развиваются в ризосферной почве льна, но отсутствуют на поверхности листьев и семян. Содержание микроорганизмов в ризосфере льна зависит от предшественника. Наилучшим предшественником является озимая рожь.
Местоположение семян на растении льна влияет на их качество. Семена 2-го и 3-го порядков ветвления соцветия наиболее выполненные. Ширина и длина семян – наиболее стабильные показатели, высота семян варьировала в значительной степени в зависимости от года и участка исследования. Посевные качества семян той или иной гибридной формы (сорта) в большей степени зависят от почвенных условий, чем от условий года.
Общее количество микроорганизмов на семенах в целом зависит от года исследования. У гибрида ТК в 2002 г. было больше микроорганизмов на 2-м и 3-м порядках ветвления, чем в 2003 г. На участке III выявлено меньше микроорганизмов, чем на участке II.
Максимальное количество микроорганизмов как при анализе аммонифицирующих бактерий эпифитной микрофлоры на МПА, так и при анализе микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота на КАА, сосредоточено в основном на 2-м порядке соцветия.
Ранее показано, что гибридная форма О(КТ) льна имеет высокие, устойчивые показатели урожайности при выращивании в разных микроклиматических условиях, а также превосходит родительские формы. В корневых выделениях этого гибрида и качественный состав аминокислот иной (табл. 3).
Ризосфера каждого гибрида и сорта льна имеет характерную для него микрофлору. Что касается наиболее пригодного предшественника, то судя по микробному пулу и емкости среды, наиболее благоприятные условия создаются для льна по предшественнику «озимая рожь», так как здесь наименее резкие колебания соотношения максимума и минимума микроорганизмов.
Таблица 3. Содержание аминокислот в корневых выделениях льна
| № п/п | Аминокислота | Наличие аминокислоты в корневых выделениях | |
| Т-10 | О(КТ) | ||
| 1 | Цистеин | - | - |
| 2 | Лизин | + | + |
| 3 | Гистидин | - | + |
| 4 | Аргинин | + | + |
| 5 | Аспарагин | - | - |
| 6 | Аспарагиновая | + | + |
| 7 | Серин | + | + |
| 8 | Глутамин | + | + |
| 9 | Треонин | + | - |
| 10 | Аланин | + | + |
| 11 | Триптофан | + | + |
| 12 | Метионин | - | + |
| 13 | Валин | + | + |
| 14 | Фенилаланин | + | + |
| 15 | Лейцин | + | + |
| 16 | Норлейцин | + | + |
| 17 | Норвалин | - | - |
| 18 | Аминоуксусная | + | + |
| 19 | Орнитин | - | - |
Примечание. (+) есть; (-) нет.
Границы численности физиологических групп микроорганизмов в ризосфере сорта Томский 16 приведены в табл. 4.
Таблица 4. Микробный пул и емкость среды в ризосфере льна на разных почвах, млн/г почвы
| Группа микроорганизмов | Пул и емкость | КОЕ, млн/г почвы | max/min |
| Дерново-подзолистая. ТГСХОС | |||
| Аммонификаторы | min | 10 | 5,7 |
| max | 57 | ||
| Усваивающие минеральные формы азота | min | 4 | 6,2 |
| max | 25 | ||
| Грибы, сахаролитики | min | 12 | 4,0 |
| max | 32 | ||
| Подзолистая супесчаная. Половинка | |||
| Аммонификаторы | min | 40 | 1,3 |
| max | 52 | ||
| Усваивающие минеральные формы азота | min | 40 | 1,3 |
| max | 54 | ||
| Грибы, сахаролитики | min | 14 | 1,9 |
| max | 27 | ||
Продолжение табл. 4
| Группа микроорганизмов | Пул и емкость | КОЕ, млн/г почвы | max/min |
| Светло-серая лесная. Писаревка | |||
| Аммонификаторы | min | 36 | 2,6 |
| max | 82 | ||
| Усваивающие минеральные формы азота | min | 9 | 4,5 |
| max | 41 | ||
| Грибы, сахаролитики | min | 9 | 2,6 |
| max | 24 | ||
| Серая лесная. Асино | |||
| Аммонификаторы | min | 30 | 1,4 |
| max | 43 | ||
| Усваивающие минеральные формы азота | min | 23 | 1,4 |
| max | 40 | ||
| Грибы, сахаролитики | min | 14 | 0,7 |
| max | 19 | ||
| Серая лесная средне- и легкосуглинистая пылеватая. Ключи | |||
| Аммонификаторы | min | 26 | 5,4 |
| max | 142 | ||
| Усваивающие минеральные формы азота | min | 28 | 11,5 |
| max | 326 | ||
| Грибы, сахаролитики | min | 6 | 8,5 |
| max | 51 | ||
| Серая лесная среднемощная оподзоленная слабосмытая. Сад Мичуринцев | |||
| Аммонификаторы | min | 2320 | 3,7 |
| max | 8720 | ||
| Усваивающие минеральные формы азота | min | 1106 | 7,0 |
| max | 7760 | ||
| Грибы, сахаролитики | min | 24 | 2,5 |
| max | 29 | ||
Наиболее устойчивы сообщества популяций микроорганизмов в условиях подзолистой супесчаной и серой лесной почвы. В них пул микроорганизмов наиболее стабилен по сравнению с другими почвами, и является одним из факторов, который положительно сказывается на урожайности льна. Однако урожайность зависит не только от функционирования микрофлоры ризосферы, но связана и с деятельностью эпифитов филлосферы растений.
Реакция микробных сообществ на изменение физического и физико-химического состояния почв проявляется на всех почвах, что отражается на эколого-трофической структуре микробных ассоциаций и напряженности микробиологических процессов.
Высокая величина коэффициента олиготрофности указывает на направленность микробиологических процессов в почвах, занятых льном, в сторону снижения потенциального плодородия почв.
Напряженность же минерализационно-иммобилизационных процессов в почве подо льном почти совпадает с контрольной почвой.
Об интенсивности микробиологических превращений азотсодержащих соединений судили по общему содержанию микроорганизмов, участвующих в мобилизации органических и минеральных форм азота (Муха, 1980) в почвах (МПА+КАА) и по соотношению аммонификаторов и микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота (МПА/КАА) (рис. 14).
Рис. 14. Интенсивность и направленность процессов трансформации
органического вещества в почвах, занятых льном (среднее за 2003 – 2006 гг.)
Общее количество микроорганизмов в почвах подо льном в ряде случаев было несколько меньше, чем в контрольной пахотной почве. Судя по соотношению аммонификаторов и микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота (МПА/КАА), можно считать, что интенсивность процесса аммонификации в почвах подо льном усиливается. Это означает, что растительное остатки льна в почвах быстрее трансформируются в органическое вещество, чем в контроле, обеспечивая гомеостаз плодородия почвы и накопление гумуса.
3.5. Влияние биологических препаратов
на продуктивность льна-долгунца
Для повышения стабильности агроценозов, активации почвенно-микробиологических процессов и повышения урожайности в последние годы все шире применяют биологические препараты растительного происхождения и ЭМ-технологии (ЭМ-эффективные микроорганизмы). Они оказывают стимулирующее влияние на рост растений, подавляют развитие ряда болезней, улучшают минеральное питание растений, способствуют повышению плодородия почв, значительно снижают пестицидную нагрузку.
Для улучшения фитосанитарного состояния посевов льна нужен системный подход на базе интегрированной защиты растений. В основе его, как считается, должен находиться агротехнический метод: ранние сроки сева, соблюдение места в севообороте.
Показано, что экологически безопасный биопрепарат БакСиб эффективно применять под культуру льна на серой лесной почве Приобья. Он ускоряет на 1-2 дня начальные фазы развития льна (всходов и елочки) у гибридов и повышает сохранность растений льна к уборке у сортов Томский 16, ТОСТ и гибридов К (К Т) и (К Т) К. Биопрепарат БакСиб повышает сырую биомассу льна по сорту и гибридам на 8-17 % как при отдельном внесении, так и на фоне осадка сточных вод.
Бактеризация заметно снижает численность микроскопических грибов и фитотоксичность почвы под сортом льна Т-16 и гибридами на фоне ОСВ (табл. 5). Если в контроле токсичность почвы составляла 18-22 %, то в варианте с бактеризацией она снизилась до 11-13 %, при бактеризации на фоне ОСВ до 3-10 %.
Таблица 5. Токсичность серой лесной почвы под посевами льна (всхожесть семян редиса, %)
| Вариант | Т-16 | ТОСТ | К (К Т) | (К Т) К | О (К Т) |
| Контроль | 80 | 82 | 80 | 82 | 78 |
| ОСВ | 85 | 86 | 84 | 85 | 85 |
| БакСиб | 87 | 89 | 87 | 87 | 88 |
| ОСВ + БакСиб | 90 | 94 | 92 | 97 | 90 |
Торфяные препараты оказали положительное влияние на снижение пораженности растений антракнозом, а также благоприятствовали снижению полегания растений до 1 балла. Отмечено увеличение показателей продуктивности сортов льна практически по всем основным ее элементам при внесении гумата натрия и оксидата торфа по сравнению с контролем. В наибольшей степени возросли показатели по таким важным хозяйственно ценным признакам, как масса 1000 семян и процентное содержание волокна в стебле у сортов, особенно после внесения оксидата торфа.
Показано, что при внесении как гумата натрия, так и оксидата торфа, увеличивается количество элементарных волокон в пучке по сравнению с контролем (рис. 15).
Гумат натрия Оксидат торфа
Контроль
Рис. 15. Элементарные волокна льна
В опытах с применением стимуляторов роста из торфа отмечена устойчивая тенденция прибавки урожайности до 14 %.
Показана эффективность применения биопрепаратов в баковых смесях с пестицидами химического происхождения (табл. 6).
Таблица 6. Влияние биопрепаратов на всхожесть семян, густоту стеблестоя, динамику отмирания растений и урожайность льна-долгунца сорта Т-16
| Вариант опыта | Всхожесть семян, % | Погибло растений за период вегетации, % | Масса соломки, г/м2 | Масса волокна, г/м2 | Процентное содержание волокна |
| 1 | 80,15± 4,42 | 10,00±3,21 | 238,54± 38,60 | 69,33± 3,20 | 26,32± 0,22 |
| 2 | 76,40± 7,50 | 13,25±2,27 | 241,52± 19,90 | 64,67± 50 | 26,82± 0,23 |
| 3 | 63,90±4,60 | 12,55±1,09 | 244,93± 6,90 | 65,57± 2,50 | 26,75± 0,48 |
| 4 | 77,50±1,40 | 8,62±0,08 | 251,59± 48,80 | 65,46± 13,30 | 25,98± 0,50 |
| 5 | 73,75± 7,00 | 11,87±2,21 | 255,73±13,33 | 64,45± 9,72 | 25,25± 0,53 |
| 6 | 77,55± 0,80 | 8,60±0,07 | 319,74± 29,20 | 80,53± 8,40 | 25,14± 0,40 |
Примечание: 1 – контроль; 2 – обработка семян химическим протравителем Бункер и опрыскивание посевов гербицидом Пик; 3 – обработка семян химическим протравителем Бункер и биопрепаратом Планриз с опрыскиванием посевов гербицидом Пик; 4 – обработка семян химическим протравителем Бункер и биопрепаратом Альбит с опрыскиванием посевов гербицидом Пик; 5 – обработка семян химическим протравителем Бункер и биопрепаратом Планриз с опрыскиванием посевов баковой смесью гербицида Пик и биопрепарата Планриз; 6 – обработка семян химическим протравителем Бункер и биопрепаратом Альбит с опрыскиванием посевов баковой смесью гербицида Пик и биопрепарата Альбит.
Выбор препарата для увеличения продуктивности льна зависит от сорта, от предназначения льна, а также от участка его произрастания. Так, для сортов Т-16 и ТОСТ-3 на серой лесной средне- и легкосуглинистой пылеватой почве участка Ключи наиболее эффективным препаратом является БакСиб, который повышает признаки как семенной, так и волокнистой продуктивности льна. На участке ТГСХОС для сорта Т-16 целесообразно применение вермикомпоста (для увеличения волокнистой продуктивности) и гумата натрия (для увеличения семенной продуктивности), а для сорта ТОСТ-3 выбор препарата зависит от предназначения льна: если он выращивается на семена, то целесообразно применение БакСиба, на волокно – вермикомпоста, на льносолому – гумата натрия. На участке Писаревка для увеличения продуктивности сорта Т-16 однозначно эффективно применение гумата натрия, а положительного влияния биопрепаратов на продуктивность сорта ТОСТ-3 на этом участке не выявлено (рис. 16).
Рис. 16. Канонический анализ сортов Т-16 (а) и ТОСТ-3 (б) на почве участка Ключи:
10 – сорт ТОСТ-3; Г – гумат натрия; О – оксидат торфа; БС – БакСиб; К контроль
С целью оценки вклада генотипической, экологической изменчивости, условий вегетации и взаимодействия этих факторов в варьирование продуктивности льна нами был проведен статистический анализ. Оценено влияние абиотических, биотических, антропогенных факторов на формирование продукционного процесса у сортов и гибридов льна в разных экологических пунктах. Отмечено, что признак «техническая длина растения» в большей степени зависит от сортовых особенностей, а также условий года и участка, причем влияние участка проявляется наиболее сильно. Признаки продуктивности «масса 1000 семян» и «процентное содержание волокна в стебле» больше зависят от сортовых особенностей и участка исследований, чем от условий года. Были проанализированы разные сортообразцы в разных экологических пунктах при внесении биологических препаратов. Препараты оказывают большее влияние на проявление признаков продуктивности «техническая длина» и «процентное содержание волокна в стебле» у сорта Т, у сорта ТОСТ этого не отмечено. На признак «техническая длина» для сорта Т оказывают влияние как условия года, так и выбор препарата. На массу семян оказывают влияние как сорт, так и участок у обоих сортообразцов, а на процентное содержание волокна в стебле как сорт, так и участок и год у сорта ТОСТ. Следовательно, сорт Т более устойчив к внешним воздействиям, так как выведен он был раньше, чем ТОСТ. Кроме того, выбор препарата оказывает положительное влияние на проявление признаков продуктивности.
ВЫВОДЫ
1. Перспективные для селекции гибриды на основе крупносемянного марокканского К6774, долгунца томского Т10, долгунца оршанского О-2, отличаются высокой продуктивностью по льну-соломке и семенам и высокими адаптивными характеристиками. Долгунцовость сохранилась на уровне Т10, качество волокна на уровне О-2, показатели семенной продуктивности возросли в 1,5 – 2 раза по сравнению с Т10 при низкой дисперсии признаков. Данные линии являются генотрофными; выявлены оптимальные условия их выращивания.
2. Основные признаки продуктивности (высота, техническая длина, число коробочек) сортов и гибридов F2-F12 льна являются лабильными и варьируют в зависимости от экологического участка. Для сортов масса волокна, масса семян, процентное содержание волокна в стебле являются относительно стабильными.
3. Продукты амплификации при анализе сортовых особенностей на уровне ДНК с помощью RAPDанализа с 20 праймерами были мономорфны. Это установлено при использовании набора из 35 праймеров длиной в 10-11 нуклеотидов, G-C состав которых варьировал от 30 до 70%.
Сортоспецифичность ДНК по результатам RAPD-анализа с 15 праймерами и характер наследования у межсортовых гибридов по тем же праймерам позволяет генетически паспортизировать исходные сорта для дальнейшей селекционной работы.
4. Адаптивные показатели гибридов F1 характеризуются повышенными значениями содержания фотосинтетических пигментов, интенсивности дыхательных процессов (выделение СО2). Отмечено также уменьшение ядерно-ядрышкового соотношения, свидетельствующее об усилении синтеза РНК-продуктов.
5. Микробные сообщества почв разных льноводческих хозяйств Западной Сибири и ризосфера льна представлены характерной для него микрофлорой. Наиболее устойчивы сообщества популяций микроорганизмов в условиях подзолистой супесчаной и серой лесной почвы, в них пул микроорганизмов наиболее стабилен по сравнению с другими почвами.
6. Состав таксономических групп и распределение микроорганизмов ризосферы и филлосферы льна в разных экологических пунктах Томской области специфичны, у сортов микробные комплексы представлены более богато, чем у гибридов. На семенах сортов и гибридов, выращенных на разных участках, не обнаружено истинных фитопатогенов.
7. Качество семян в большей степени зависит от физико-химических свойств почв, чем от метеорологических условий года.
8. Продуктивность льна и данные по биологической активности почв, микробному пулу и емкости среды свидетельствуют, что оптимальным предшественником является озимая рожь.
9. Корневые экзометаболиты у разнопродуктивных сортов льна характеризуются специфичностью сахаров, органических кислот и аминокислот. Количественное увеличение их у гибридов указывает на повышение продуктивности льна и позитивно влияет на состав микроорганизмов ризосферы.
10. Экологически безопасные стимуляторы роста и развития растений и биологические удобрения в разных зонах произрастания изменяют структуру микробных сообществ почв. Гумат натрия и оксидат торфа положительно влияют на показатели продуктивности льна и устойчивость к заболеваниям.
Экологически безопасный биопрепарат БакСиб ускоряет прохождение фаз развития льна, улучшает сохранность растений льна к уборке, повышает сырую биомассу. Бактеризация заметно снижает численность микроскопических грибов и фитотоксичность в почве под сортом и гибридами на фоне осадка сточных вод.
11. Наибольший вклад в формирование различий между признаками продуктивности льна вносят генетические и экологические факторы («сорт» и «участок»). Техническая длина в большей степени зависит от года исследований, чем масса 1000 семян и процентное содержание волокна в стебле, которые зависят в большей степени от экологических условий выращивания. Реакция на биологические препараты генетически детерминирована. Сорт Т-16 более устойчив к внешним воздействиям.
Предложения
Для получения высокой продуктивности семян и волокна рекомендуется выращивать лен-долгунец на серых лесных среднемощных грунтово-глеевых среднесуглинистых почвах. Гибриды, полученные от скрещивания крупносемянного марокканского сорта К6774, долгунца томского Т10 и долгунца оршанского О-2, адаптированы к условиям Западно-Сибирского региона. Из биологических препаратов целесообразно применять под культуру льна гумат натрия, оксидат торфа, БакСиб, Альбит.
Для получения максимальной урожайности соломки и волокна предлагается обрабатывать семена химическим протравителем Бункер и биопрепаратом Альбит с опрыскиванием посевов баковой смесью гербицида Пик и биопрепарата Альбит.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в ведущих рецензируемых журналах
- Стегний В.Н. RAPD-анализ разнопродуктивных сортов и гибридов льна культурного (Linum usitatissimum L.) / В.Н. Стегний, Ю.В. Чудинова, Е.А. Салина // Генетика. – 2000. – Т. 36, № 10. – С. 1370-1373.
- Стегний В.Н. Эколого-морфологический анализ признаков продуктивности гибридов F1 и F2 от скрещивания разнокачественных сортов льна / В.Н. Стегний, Ю.В. Чудинова, Н.Н. Абакумова // Сиб. эколог. журн. – 2004. – № 2. – С. 173-177.
- Чудинова Ю.В. Биологические основы селекции льна / Ю.В. Чудинова // Вестн. Том. гос. ун-та. – 2006. – № 20. – С. 8-10.
- Чудинова Ю.В. Микробиологический состав ризосферы как один из путей совершенствования севооборотов (на примере льна) / Ю.В. Чудинова // Вестн. Том. гос. ун-та. – 2006. – № 20. – C. 5-7.
- Чудинова Ю.В. Сортообразцы льна Западно-Сибирского региона, экологические и генетические особенности, перспективы использования / Ю.В. Чудинова // Вестн. КрасГАУ. – 2006. – № 12. – С. 106-109.
- Чудинова Ю.В. Бактеризация льна: оценка увеличения урожайности льнопродукции и оздоровления почв / Ю.В. Чудинова, Н.Н. Наплекова // Аграр. вестн. Урала. – 2007. – № 4 (40). – С. 27-30.
- Чудинова Ю.В. Биологические основы селекции льна / Ю.В. Чудинова, Н.Н. Наплекова // Вестн. РАСХН. – 2007. – № 6. С. 38-40.
- Чудинова Ю.В. Влияние стимуляторов роста и развития растений гуминовой природы на продуктивность льна / Ю.В. Чудинова // Междунар. с.-х. журн. – 2007. – № 5. С. 59-60.
- Чудинова Ю.В. Использование тест-систем в селекции льна / Ю.В. Чудинова // Аграр. наука. – 2007. – № 11. С. 12-13.
- Чудинова Ю.В. Корневые выделения льна: влияние на продукционный процесс и состав микроорганизмов ризосферы / Ю.В. Чудинова // Вестн. КрасГАУ. – 2007. – № 5. – С. 58-62.
- Чудинова Ю.В. Особенности распределения сортообразцов льна культурного по совокупности признаков продуктивности / Ю.В. Чудинова // Сиб. вестн. с.-х. науки. – 2007. – № 9. – С. 40-45.
- Чудинова Ю.В. Характеристика растительно-микробного сообщества ризосферы сорта льна томской селекции Т-16 в льноводческих хозяйствах Томской области / Ю.В. Чудинова // Вестн. Том. гос. ун-та. – 2007. – № 300 (II). – С. 249-251.
- Чудинова Ю.В. Эффективность использования биологических препаратов на льне / Ю.В. Чудинова // Аграр. наука. – 2007. – № 9. – С. 13-14.
- Чудинова Ю.В. Экологические особенности гибридных форм льна в условиях Томской области / Ю.В. Чудинова // Вестн. Том. гос. ун-та. – 2007. – № 300 (II). – С. 246-248.
- Чудинова Ю.В. Эколого-морфологические особенности разнопродуктивных сортообразцов льна / Ю.В. Чудинова // Аграр. вестн. Урала. – 2007. – № 5 (41). – С. 27-30.
- Чудинова Ю.В. Экологические особенности комплекса эпифитных и ризосферных микроорганизмов сортообразцов льна / Ю.В. Чудинова // Сиб. вестн. с.-х. науки. 2008. № 1 (181). С. 60-66.
- Чудинова Ю.В. Использование современных технологий в льноводстве: бактеризация льна / Ю.В. Чудинова, Н.Н. Наплекова // Вестн. КрасГАУ. – 2008. – № 1. С. 59-63.
- Чудинова Ю.В. Микробиологический состав ризосферы как один из путей совершенствования севооборотов (на примере льна) / Ю.В. Чудинова, Н.Н. Наплекова, Н.Н. Шипилин // Вестн. РАСХН. – 2008. – № 1. С. 52-53.
Публикации в других изданиях
- Астафурова Т.П. Исследование дыхания разнопродуктивных сортообразцов льна и межтиповых гибридов / Б.Г. Агеев, Ю.В. Чудинова, Ю.Н. Пономарев, В.А. Сапожникова, В.Н. Стегний, А.П. Крепков // 60 лет научных работ по льну-долгунцу: сб. науч. тр. – Томск: ЦНТИ, 1997. – С. 64-67.
- Чудинова Ю.В. Проблемы и перспективы селекции льна / Ю.В. Чудинова, В.Н. Стегний // Проблемы эволюционной цитогенетики, селекции и интродукции: материалы науч. чтений, посвящ. 100-летию проф. В.П. Чехова. – Томск: ТПУ, 1997. – С. 142-144.
- Чудинова Ю.В. Ядрышковый организатор как показатель эволюционно-цитогенетической адаптации разных сортов льна / Ю.В. Чудинова, Н.А. Дуброва, А.П. Крепков, В.Н. Стегний // Современные концепции эволюционной генетики: матер. междунар. конф., посвящ. 80-летию со дня рождения акад. Д.К. Беляева. – Новосибирск: ИЦИГ СО РАН, 1997. – С. 394-395.
- Stegnii V.N. Ecological, genetic and molecular features of different cultivars and F1, F2 hybrids of flax / V.N. Stegnii, J.V. Tchudinova, M.S. Davidova // Biodiversity and Dynamics of Ecosystems in North Eurasia (BDNE). – Novosibirsk, 2000. – P. 113-114.
- Stegnii V.N. Ecological and genetic features of different cultivars and hybrids of flax / V.N. Stegnii, J.V. Tchudinova // Proc. of the International Conference «Genetic Collections, Isogenic and Alloplasmic Lines». – Novosibirsk, 2001. – P. 233-234.
- Tchudinova J.V. Ecological features and RAPD analysis of flax (Linum usitatissimum L.) varieties and hybrids of various productivity / J.V. Tchudinova, V.N. Stegnii // Book of «5 th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology (KORUS)». – Tomsk: TPU, 2001. – P. 108-109.
- Tchudinova J.V. Genetic and ecological features of cultivars and hybrids of flax (Linum usitatissimum L.) / J.V. Tchudinova, V.N. Stegnii // Proc. of the 14th International Congress of Developmental Biology. – Kioto, Japan, 2001. P. 324-325.
- Шипилин Н.Н. Научные основы экологизации земледелия (на примере Томской области) / Н.Н. Шипилин, Ю.В. Чудинова // Вестн. Новосиб. гос. аграр. ун-та. – Новосибирск, 2004. – № 3. – С. 36-41.
- Van Treuren R. Marker-assisted acquisition and core collection formation: a case study in barley using AFLPs and pedigree data / R. van Treuren, I. Tchoudinova, L.J.M. van Soest and Th.J.L. van Hintum // Genetic Resources and Crop Evolution. – 2006. – № 53. – P. 43-52.
- Наплекова Н.Н. Эффективность бактеризации льна томской селекции / Н.Н. Наплекова, Ю.В. Чудинова // Реализация идей Н.И. Вавилова на современном этапе развития генетики, селекции и семеноводства сельскохозяйственных культур: материалы X генетико-селекционной школы-семинара. – Новосибирск: НГАУ, 2007. – С. 336-343.
- Чудинова Ю.В. Влияние гумата натрия и оксидата торфа на повышение продуктивности и качества льнопродукции / Ю.В. Чудинова, Н.А. Архипов, Ю.Ю. Дементьева, М.А. Плетнева, Л.Н. Рождествина // Состояние и перспективы развития льноводства в Сибири: материалы межрегион. науч.-практ. конф. – Томск, 2007. С. 75-80.
- Чудинова Ю.В. Оценка продуктивности гибридных и родительских форм льна в условиях Томской области / Ю.В. Чудинова // Вестн. ТГПУ: сер. естеств. и точн. науки. – Томск, 2007. – Вып. 6(99). – C. 38-42.
Объем 2 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ №
______________________________________________________________
ООО «ИПФ Агрос»
630501, Новосибирская обл., пос. Краснообск
