Селекция гороха (pisum sativum l.) на повышение эффективности симбиотической азотфиксации
На правах рукописи
Наумкина Татьяна Сергеевна
СЕЛЕКЦИЯ ГОРОХА (Pisum sativum L.) НА ПОВЫШЕНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ СИМБИОТИЧЕСКОЙ АЗОТФИКСАЦИИ
Специальность 06.01.05 - селекция и семеноводство
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора сельскохозяйственных наук
Орел – 2007
Диссертационная работа выполнена в 1985- 2006 гг. в Государственном научном учреждении "Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур РАСХН"
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Колесникова Аделина Фроловна
член-корреспондент РАСХН,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Баталова Галина Аркадьевна
доктор сельскохозяйственных наук
Погодина Ольга Анатольевна
Ведущая организация - ГНЦ РФ ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова
Защита состоится «12» ноября 2007 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета ДМ 220.052.01 при ФГОУ ВПО «Орловский государственный университет» по адресу: 302019. г. Орел, ул. Генерала Родина,69.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Орловского государственного аграрного университета.
Просим Вас принять участие в заседании диссертационного Совета или прислать свой отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью.
Автореферат разослан «___»___________2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Л.П. Степанова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Более 66% посевных площадей всех зерновых бобовых культур в России занимает горох (Pisum sativum L.). Однако в существующих сортах недостаточно реализовано главное преимущество культуры – высокая эффективность симбиотической азотфиксации (Тихонович, 2000; Задорин и др., 2003). В этой связи расширение селекционно - генетических исследований, направленных на разработку методов создания и получение нового исходного материала, сочетающего высокую продуктивность с повышенной способностью фиксации атмосферного азота является актуальной задачей.
Длительное время работы по повышению эффективности растительно-микробных симбиозов были монополией микробиологических институтов – с целью создания высокоэффективных микробных препаратов. В результате, роль растения-хозяина (наиболее генетически стабильного партнера данной растительно-микробной системы) в формировании этих симбиозов недооценивали, а селекцию бобовых на повышение уровня биологической фиксации азота проводили фрагментарно. Недостаточная результативность селекции гороха на повышение эффективности симбиотической азотфиксации заставила разработать программу «Симбиоз» (Naumkina et. al., 2000), при выполнении которой были получены линии гороха, обладающие повышенной симбиотической эффективностью.
У гороха часть генов, контролирующих симбиоз с клубеньковыми бактериями, участвует в контроле развития и функционирования арбускулярной эндомикоризы (Борисов, 1999), а взаимодействие растений с микоризными грибами и клубеньковыми бактериями рассматривается как тройная симбиотическая система (Борисов и др., 2007). Поэтому исследования, направленные на создание высокопродуктивных ассоциаций гороха посевного с обоими эндосимбионтами являются многообещающими с точки зрения повышения биологической азотфиксации (и симбиотического потенциала вообще) данной культуры, позволяющими понизить степень затратности и повысить экологическую ориентированность сельского хозяйства.
Создание высокоэффективных растительно-микробных систем в агроценозах путем селекции новых сортов бобовых с высоким симбиотическим потенциалом является новаторским направлением, позволяющим контролировать эффективность накопления биомассы растения и качества сельскохозяйственной продукции.
Взаимовыгодные растительно-микробные взаимодействия открывают возможность расширения адаптивных свойств растений, придания им новых метаболических функций, и на основе этого – получения высококачественной и экологически чистой сельскохозяйственной продукции (Тихонович, Проворов, 1998; Штарк О.Ю., Данилова Т.Н., Наумкина Т.С., 2006).
Цель исследований. Целью исследований является теоретическое обоснование и разработка практических подходов создания принципиально новых генотипов гороха, использующих потенциал двух- и трехстороннего симбиоза для формирования высокого урожая и повышения качества продукции.
В задачи исследований входило:
- изучить генетический полиморфизм гороха по эффективности использования симбиотической микрофлоры в отношении повышения продуктивности растений;
- провести генетический анализ признаков продуктивности и симбиотической эффективности у широкого спектра сортообразцов гороха;
- разработать методы селекции гороха на повышение симбиотической эффективности;
- провести целенаправленный отбор ценных генотипов и на их основе создать принципиально новые сорта гороха, способные, используя взаимодействия с клубеньковыми бактериями и грибами арбускулярной микоризы, формировать высокий урожай и повышенное качество продукции;
- разработать элементы технологии возделывания новых сортов гороха с высоким симбиотическим потенциалом;
- дать оценку экономической и биоэнергетической эффективности возделывания новых сортов гороха
Работа проведена в соответствии с планом научно – исследовательских работ Государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт зернобобовых и крупяных культур по Государственным научно – техническим программам: 04.12.1976…1980 О.Ц. 032 (1980…1985 г.г.); ОНТП 0.51.03 «Зерно» (1986…1990 г.г.); ГНТП (1991…1995 г.г.); международному проекту «ИНТЕРБИОАЗОТ-2000»; программам НИОКР РАСХН (1996…2005 г.г.); инвестиционным проектам ФЦНТП 01.03 (1999 – 2004 г.г.); грантом Европейских программ кооперации научных исследований со странами бывшего Советского Союза INTAS 01-2170; грантами Российского Фонда Фундаментальных Исследований: №03-04-96466, № 06-04-96337; NATO – Russia JSTC. RCLG. 979133 и является итогом личных многолетних исследований автора, а также выполненных совместно с научными сотрудниками лаборатории генетики и микробиологии ГНУ ВНИИЗБК и лаборатории генетики растительно - микробных взаимодействий ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург).
Научная новизна. Впервые осуществлен скрининг генофонда гороха по эффективности взаимодействия с Rhizobium leguminosarum bv. viciae и микоризными грибами Glomus sp. Данные наблюдения имеют большое теоретическое значение, так как расширяют научные представления о взаимоотношениях растения-хозяина с полезной почвенной микрофлорой и способствуют дальнейшему развитию биологии и генетики развития растений.
Впервые разработаны методики оценки и способы отбора высокопродуктивных растений, обладающих повышенной симбиотической эффективностью, комплементарных определенному штамму клубеньковых бактерий, что позволяет ускоренно (в 2 раза) получать исходный материал для симбиотической селекции гороха.
Впервые на основании многолетних комплексных исследований теоретически обосновано и методически разработано новое направление селекции гороха на повышение симбиотической эффективности на основе симбиоза с клубеньковыми бактериями и микоризными грибами как целостной системы.
Впервые установлен характер изменчивости показателей симбиотической азотфиксации у гороха и закономерности их наследования при взаимодействии с ризобиями и микоризными грибами, что представляет определенный теоретический интерес для частной генетики и селекции гороха.
Впервые получены, не имеющие мировых аналогов, оригинальные линии гороха с рецессивным геном sym2, вступающие в высокоэффективный симбиоз со штаммами клубеньковых бактерий, несущими ген nodX, которые могут быть использованы в дальнейших фундаментальных и прикладных исследованиях.
Практическая значимость. С помощью разработанных оригинальных модификаций методов селекции генотипов гороха, комплементарных определенному штамму клубеньковых бактерий, а также способствующих повышению эффективности двух- и трехстороннего симбиоза, созданы линии гороха, которые были переданы в лабораторию генетики растительно-микробных взаимодействий ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии и включены в научные исследования.
Разработаны и предложены селекционерам методические рекомендации по селекции гороха на повышение симбиотической азотфиксации (2005).
Создана серия изогенных линий гороха, способных формировать высокую семенную продуктивность, используя потенциал двухстороннего (Норд sym2sym2, Битюг sym2sym2, Демон sym2sym2) и трехстороннего (л.99/1) симбиоза, что придает растениям принципиально новую трофическую функцию – использование атмосферного азота в качестве основного источника азотного питания. Данные линии представляют ценность для использования в практической селекции в качестве доноров гена sym2 и как перспективный исходный материал для селекции на урожайность, симбиотическую эффективность, устойчивость к полеганию, осыпанию семян, детерминантный тип роста стебля и другие признаки.
При использовании теоретических разработок автора и его участии в селекционных программах созданы и переданы на Государственное сортоиспытание новые высокоурожайные сорта гороха Юниор и Триумф.
Модельные системы, состоящие из охарактеризованных генотипов, созданные в результате представляемой работы, используются в международной кооперации научных исследований в области селекции гороха, а также взаимодействия растений и микроорганизмов.
Разработанные в процессе исследований методические подходы могут использоваться в учебных программах по биологии, генетике, селекции и микробиологии в высших и средних учебных заведениях.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Экспериментальное обоснование генетического полиморфизма гороха по эффективности использования симбиотической микрофлоры при формировании высокой продуктивности растений.
2. Особенности изменчивости и наследования признаков продуктивности и симбиотической эффективности у гороха при одновременной инокуляции ризобиями и микоризными грибами.
3. Методы комплементарной селекции гороха на повышение симбиотической эффективности, основанные на интрогрессии рецессивного гена sym2 в генотипы коммерческих сортов, серии отборов на безазотном фоне гибридных растений и дальнейшем использовании для их инокуляции штаммов ризобий с геном nodX или nodZ, способных использовать атмосферный азот в качестве основного источника азотного питания.
4. Способ ускоренного создания новых сортов гороха, способных используя взаимовыгодные взаимодействия с клубеньковыми бактериями и грибами Glomus sp. формировать высокий урожай и повышенное качество продукции.
5. Элементы технологии возделывания новых сортов гороха с высоким симбиотическим потенциалом.
6. Параметры экономической и биоэнергетической эффективности возделывания новых сортов гороха.
Апробация работы. Результаты настоящих исследований были неоднократно представлены и докладывались на областных, всесоюзных, всероссийских и международных совещаниях: на V и VI съездах Всесоюзного общества генетиков и селекционеров им. Н.И. Вавилова (Москва, 1987; Минск, 1992); на I и II съездах Всероссийского общества генетиков и селекционеров (Саратов, 1994; Санкт-Петербург, 1999); на научно – теоретической конференции молодых ученых и аспирантов «Особенности продукционного процесса у зерновых бобовых и крупяных культур» (Орел, 1989); на научно – практической конференции «Научное обеспечение производства зернобобовых и крупяных культур» (Орел, 1992); на конференции «Аграрная наука - производству», посвященной 90-летию Самарского НИИСХ (Безенчук, 1993); на Международной научной конференции «Биологический и экономический потенциал зернобобовых, крупяных культур и пути его реализации» (Орел, 1997); на Международной конференции «Научные основы стабилизации производства продукции растениеводства» (Харьков, 1999); на Х Международном конгрессе по азотфиксации (Санкт – Петербург, 1995); на IХ Баховском коллоквиуме по азотфиксации (Москва, 1995); на I и II Европейских конференциях по азотфиксации (Сегед, 1995; Познань, 1996); на Международном “Mendel Centenary Congress” (Брно, 2000); на IУ Европейской конференции по зернобобовым культурам (Краков, 2001); на школе молодых селекционеров им. А.С. Кунакбаева (Уфа, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006); Х Международном конгрессе по растительно – микробным взаимодействиям (Санкт-Петербург, 2003).
Новые методы оценки и способы отбора генотипов апробированы при создании сортов гороха Юниор и Триумф; комплементарных пар: «Норд sym2sym2 – штамм Rhizobium leguminosarum bv. viciae A-1», «Битюг sym2sym2 – штамм Rhizobium leguminosarum bv. viciae A-1», «Демон sym2sym2 – штамм Rhizobium leguminosarum bv. viciae A-1»; подана заявка на изобретение.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 66 научных работ, в том числе 8 – в рецензируемых и 17 – в зарубежных изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 280 страницах текста и состоит из введения, семи глав, выводов, предложений производству; содержит 68 таблиц, 46 рисунков. Список литературы включает 341 источник, в том числе 114 на иностранных языках.
Автор выражает искреннюю благодарность директору ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН академику РАСХН, доктору биологических наук, профессору И.А.Тихоновичу; директору ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Зотикову В.И.; главному научному сотруднику ГНУ ВНИИЗБК, члену-корреспонденту РАСХН, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Задорину А.Д.; доктору биологических наук, профессору Чекалину Н.М.; кандидатам сельскохозяйственных наук В.П. Орлову и И.Ф. Орловой; заведующему лабораторией генетики растительно – микробных взаимодействий ГНУ ВНИИСХМ РАСХН, доктору биологических наук А.Ю. Борисову; ведущему научному сотруднику лаборатории генетики и цитологии ГНУ ВНИИ зернобобовых и крупяных культур РАСХН, доктору биологических наук, профессору С.Н. Агарковой за предоставленные консультации по обсуждаемым в данной работе вопросам, а соисполнителям научных исследований и коллективам лабораторий генетики и микробиологии ГНУ ВНИИЗБК РАСХН и генетики растительно – микробных взаимодействий ГНУ ВНИИСХМ РАСХН – за содействие в выполнении полевых, вегетационных и лабораторных опытов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
СИМБИОЗЫ БОБОВЫХ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
БИОЛОГИЧЕСКОЙ АЗОТФИКСАЦИИ ПУТЁМ СЕЛЕКЦИИ
(обзор литературы)
В обзоре литературы показано, что симбиоз бобовых с клубеньковыми бактериями и микоризными грибами является результатом сопряженной эволюции партнеров, а его эффективность зависит как от генотипа растения-хозяина, так и микросимбионта. Поэтому высокая симбиотическая эффективность может быть достигнута путем создания комплементарных сочетаний генотипов партнеров, для чего необходима их координированная селекция. Несмотря на большое количество данных, накопленных при изучении генетического контроля симбиотической азотфиксации как со стороны растения-хозяина, так и микросимбионта, вопрос о методических основах селекции бобовых на повышение симбиотической эффективности остается открытым. В литературных источниках слабо представлены результаты оценки изменчивости, наследуемости и комбинационной способности сортов по симбиотическим признакам и показателям. Селекция бобовых культур, в частности гороха, на повышение эффективности симбиотической азотфиксации практически не ведется.
На основании имеющихся в современной отечественной и зарубежной литературе данных делается вывод о необходимости разработки методических основ селекции на повышение эффективности симбиотической азотфиксации не только для повышения её результативности, но и для дальнейшего развития теоретических основ биологии и генетики и селекции.
УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Работа выполнена в 1985…2006 г.г. в лаборатории генетики и цитологии (с 2003 г. - лаборатории генетики и микробиологии) ГНУ ВНИИЗБК в условиях лесостепной зоны Центрально – Черноземного региона Российской Федерации.
Опытные посевы размещали после озимой пшеницы, высеваемой по черному пару.
Почвы опытных участков темно – серые лесные среднесуглинистые, подстилаемые лессовидным суглинком, средней окультуренности (содержание гумуса по Тюрину – 4,4…5,4 %, легкогидролизуемого азота по Кононовой – 125 мг/кг почвы, подвижного фосфора по Кирсанову – 195, обменного калия по Кирсанову – 179 мг/кг почвы, рН солевой вытяжки – 5,6…6,0, гидролитическая кислотность – 4,2…4,6 мэкв/100 г почвы).
Пахотный и метровый слои почвы характеризуются высокой водоудерживающей способностью (118 и 345 мм, соответственно). Возможные запасы доступной растениям влаги в слое 0 – 30 см – 88, а в метровом – 262 мм. Максимальная гигроскопическая влажность – 6,8…7,5 % от НПВ почвы, влажность устойчивого завядания – 9,6…13,3%.
Метеорологические условия периодов вегетации гороха (май-август) в годы исследований существенно различались: от засушливых (ГТК=0,74) до избыточно увлажненных (ГТК=2,50). Засушливыми в это время были 1992, 1999 и 2002 годы; слабо засушливыми – 1985, 1986, 1987, 1990, 1994, 1996, 2001, 2003 годы; достаточно увлажненными – 1988, 1989, 1991, 1995, 1998; 2003, 2004, 2005; избыточно увлажненными –1993, 1997, 2000, 2004, 2006 годы.
Объектом исследований являлись более 800 сортообразцов гороха (Pisum sativum L.) из мировой коллекции ВИР им. Н.И. Вавилова, признаковой коллекции лаборатории селекции зернобобовых культур и генетической коллекции лаборатории генетики и цитологии ГНУ ВНИИЗБК, коллекции симбиотических мутантов ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, а также образцы из Центра генетических исследований зернобобовых культур Департамента сельского хозяйства США при Вашингтонском университете (табл.1).
В работе использованы полевой, вегетационный и лабораторный методы исследований.
В летний период эксперименты проводили в поле на делянках площадью 1,5…10 м2 в 4-х кратной повторности, размещение делянок рендомизированное; в осенне-зимний период - в теплице (интенсивность освещения 25…30 тыс. люкс, световой период 18/6 часов (день/ночь), температура днем и ночью составляла соответственно 220С и 180С.
Таблица 1 – Биологические и хозяйственно-ценные признаки сортообразцов гороха (среднее за 1985…2005 гг.)
| Число образцов | Вегетационный период, сутки | Длина стебля, см | Сухая масса растения, г | Масса семян с растения,г. | Число семян, шт/раст. |
| Листочковые с обычными семенами (AfDefDefDet) | |||||
| 347 | 76 | 104 | 13,2 | 2,8 | 13,4 |
| Листочковые с неосыпающимися семенами (AfdefDet) | |||||
| 145 | 74 | 92 | 13,8 | 3,1 | 13,8 |
| Усатые с обычными прилистниками и семенами (afDefDet) | |||||
| 85 | 73 | 87 | 13,5 | 3,4 | 13,5 |
| Усатые с обычными прилистниками и неосыпающимися семенами (af defDet) | |||||
| 83 | 73 | 85 | 13,6 | 3,5 | 14,0 |
| Усатые с редуцированными прилистниками (afstDefDet) | |||||
| 1 | 73 | 78 | 9,0 | 2,5 | 11,2 |
| Морфотип «хамелеон» (aftacDet) | |||||
| 10 | 74 | 77 | 12,7 | 3,3 | 12,1 |
| Морфотип «люпиноид» | |||||
| 5 | 75 | 81 | 13,2 | 3,4 | 12,8 |
| Детерминантные с обычным типом листа и семенами (AfDef det, afDefdeh) | |||||
| 15 | 72 | 68 | 10,3 | 3,1 | 10,3 |
| Детерминантные с усатым типом листа и неосыпающимися семенами (afdefdet, afdefdeh) | |||||
| 10 | 72 | 69 | 11,5 | 3,0 | 10,6 |
Для предпосевной инокуляции гороха использовали производственные штаммы Rhizobium leguminosarum bv. viciae 245а, 250а, а также штаммы А-I, А-III - cпособные преодолевать устойчивость растений к клубенькообразованию, обусловленную геном sym2, обладающие высокой конкурентоспособностью по отношению к местным и производственным штаммам (Четкова, Тихонович, 1986).
Инокуляцию проводили либо водной суспензией бактерий при разведении 107-108 клеток на 1 растение, либо ризоторфином-коммерческим препаратом клубеньковых бактерий, производимым во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии.
При изучении эффективности симбиоза гороха с эндомикоризными грибами для инокуляции использовали почвенно-корневую смесь из-под микоризованной суданской травы (Sorgum sudanense Pers.), которую вносили из расчета 500 кг/га.
Минеральные удобрения в дозе N45P60K90 вносили перед посевом в виде аммиачной селитры, двойного суперфосфата и хлористого калия, исходя из методических рекомендаций по выращиванию гороха в данной зоне
Интрогрессию гена sym2 в генотипы коммерческих и перспективных сортов осуществляли методом насыщающих скрещиваний (беккроссов).
Гибридизацию проводили посредством предварительной кастрации и последующего принудительного опыления цветков (50…100 шт. по каждой комбинации скрещивания).
При отборе проб для учета числа клубеньков на корнях растений использовали метод монолитов (Посыпанов, 1992).
Азотфиксирующую способность генотипов определяли по активности нитрогеназы (НА) методом редукции ацетилена по методике ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (1982) на газовом хроматографе с использованием сорбента “Parapak”.
Оценку микоризной инфекции проводили по F.Trouvelot, J. Koungh (1986). Использовались следующие параметры: интенсивность развития микоризной инфекции, пересчитанная на 1 см корня (М,%) и обилие арбускул в микоризованной части корня (а,%).
Изучение изменчивости генотипов гороха проводили на 100 растениях каждого сортообразца по «Методическим указаниям по изучению коллекции зерновых бобовых культур» (ВИР, 1975) и методике, предложенной А.Ф. Мережко (1984).
Общее содержание азота, фосфора и калия в семенах определяли общепринятыми методами (Соколов, 1975).
Для оценки сортообразцов методами дивергенции использовали «Методику анализа хозяйственно-полезных признаков самоопыляющихся культур для подбора родительских форм при гибридизации на основе дивергенции» (Варлахов с соавт., 1981), базирующуюся на факторном анализе (Иберла, 1980).
Статистическую обработку данных по гибридологическому анализу проводили методом 2 (Глотов с соавт., 1983).
Комбинационную способность определяли в соответствии с методикой оценки исходного материала по комбинационной способности в диаллельных скрещиваниях (Новосибирск, 1979).
Генетический анализ проводили согласно «Методике диаллельного анализа исходного материала по количественным признакам» (Новосибирск, 1979). Коэффициенты наследуемости H2 и h2 вычисляли по методике П.Ф. Рокицкого (1974).
Отбор высокопродуктивных растений, отзывчивых на инокуляцию штаммами ризобий и грибов арбускулярной микоризы проводили из гибридных популяций F4 на основе таких показателей, как масса сухого растения, масса семян с растения, число клубеньков на корнях растения и нитрогеназная активность и на основании глазомерной оценки в полевых условиях.
Оценку урожайности сортов Юниор и Триумф проводили в конкурсном сортоиспытании. В качестве стандартов использовались сорта Норд и Орловчанин, допущенные к использованию в Центральном регионе.
Все расчеты по математической обработке опытных данных выполнены на персональном компьютере в вычислительном центре ВНИИЗБК.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
СКРИНИНГ ГЕНОТИПОВ ГОРОХА ПО ЭФФЕКТИВНОСТИ СИМБИОЗА С RHIZOBIUM LEGUMINOSARUM bv. VICIAE
Оценка клубенькообразующей способности. Сорта гороха значительно различаются между собой по способности фиксировать атмосферный азот. Поэтому во многих странах проводятся работы по созданию генотипов гороха с высокой интенсивностью симбиотической азотфиксации (Bliss et al., 1989). При этом часто отмечается положительная корреляция между повышенной урожайностью и числом образовавшихся клубеньков (Pereira et. al., 1993).
У гороха установлены значительные сортовые различия по клубенькообразующей способности (табл. 2). В условиях достаточно увлажненных 1988 и 1989 гг. на корнях растений формировалось в 2…3 раза больше клубеньков по сравнению с 1987 г, который был слабозасушливым.
Таблица 2 – Оценка клубенькообразующей способности сортов и линий
гороха в полевых условиях при спонтанной инокуляции.
Орел, 1987…1989 гг.
| Число клубеньков на 1 растение, шт. | Масса клубеньков на 1 растение, мг. | ||||
| 1987 г | 1988 г | 1989 г | 1987 г | 1988 г | 1989 г |
| Раннеспелые (n=72) | |||||
| 8,8+0,21 | 25,4+ 1,12 | 19,6+0,57 | 10,6+1,34 | 31,7+1,61 | 24,5+0,98 |
| Среднеспелые (n=75) | |||||
| 16,8+1,30 | 35,7+2,15 | 29,8+0,73 | 21,4+1,28 | 45,3+2,17 | 37,8+1,26 |
| Позднеспелые (n=75) | |||||
| 27,7+2,27 | 50,3+3,36 | 38,5+1,83 | 35,2+0,64 | 62,9+1,54 | 48,1+2,33 |
Сорта Рондо, Уладовский 303, Торсдаг, Рамонский 77, Смарагд, ДВ-499, Орловский 2, Expero, Neugaterslebener 5099, Jupiter, Naldino, Finale, Paula, Норд, Зубр формировали от 41 до 97 клубеньков размером 0,2… 2,5 мм. Сортообразцы гороха к-1881, к-1884, к-1887, к-6559 и л. 2150 не вступали в симбиоз с местными штаммами клубеньковых бактерий и не формировали клубеньков. У 65 образцов на корнях образовывалось от 0 до 5 клубеньков; у 62 образцов - от 6 до 10; 11…15 клубеньков формировали 48 образцов; 16… 20 – 8 образцов; 21…25 клубеньков – 7 образцов; 26…30 – 6 образцов; 31…35 клубеньков – 6 образцов; 36…40 – 4 образца (рис. 1).
Рис. 1. Распределение сортообразцов гороха по числу клубеньков на корнях растений. Орел, 1987…1989 гг.
Наиболее отзывчивыми на инокуляцию производственным штаммом ризобий 250а в среднем за годы изучения были сортообразцы Торсдаг, Битюг, Rondo, Finale (77,0+5,32; 60,0+2,16; 92,0+3,12 и 108,0+3,57 шт./растение соответственно), которые предлагаются в качестве источников высокой клубенькообразующей способности для селекции на повышенную эффективность азотфиксации.
При внесении высоких доз азота (N120) на корнях сортообразцов гороха клубеньки практически не образовывались. Так, если у сорта Finale в варианте с инокуляцией штаммом 250а насчитывалось 108 клубеньков, Rondo - 92, Битюг - 60, то при внесении азота число клубеньков уменьшилось соответственно до 10, 8, 2 шт. Это согласуется с литературными данными о снижении индекса клубенькообразования с увеличением содержания азота в почве (Park S.J., Butterly B.R., 1989).
Оценка высокопродуктивных сортов по клубенькообразующей способности при инокуляции производственным 250а и отселектированными штаммами ризобий № 13 и №14 (ВНИИЗБК) показала, что все генотипы положительно реагировали на штамм №13. При инокуляции этим штаммом число клубеньков увеличилось в 1,1…1,5 раза, а продуктивность - в 1,3…1,8 раза. Сорт Finale выделился положительной отзывчивостью на все испытываемые штаммы, но больше всего клубеньков и семян образовалось при внесении штаммов 13 и 250a. У сорта Зубр при инокуляции шт. №13 в 1990 г. отмечено меньшее число клубеньков и снижение продуктивности по сравнению с контролем, а в 1991 г., наоборот, отмечалось увеличение обоих показателей.
Сравнительное изучение клубенькообразования у генотипов гороха, отражающих различные периоды селекции культуры показало, что в ходе культурной эволюции способность растений к симбиотической азотфиксации существенно не улучшилась. Среди современных сортообразцов гороха и слабоокультуренных форм имеются генотипы, как с высоким, так и с низким уровнем клубенькообразования.
Установлено, что характер изменения клубенькообразования у мутантов гороха зависит от степени выражения этого признака у исходного сорта. Так, если у сорта Finale отмечено высокое число клубеньков на корнях растений, то у большинства мутантов, индуцированных из этого сорта, клубенькообразование оказалось гораздо слабее – от 63 до 98% по сравнению с исходным сортом. 98% клубеньков от исходного сорта Finale формировали растения мутантов №№ 4 и 13; 92-95% клубеньков - мутанты №№ 3,9,14, 16; 70-80% клубеньков – мутанты №№ 2,6, 10.
У мутантов, полученных из сорта Зубр, выделены формы, как с повышенным, так и пониженным числом клубеньков.
Из 10 изученных мутантов, индуцированных из сорта Зарянка, самым высоким уровнем клубенькообразования характеризовались две высокорослые, позднеспелые формы.
Таким образом, нет определенной взаимосвязи между типом морфологического мутанта и уровнем клубенькообразования. Однако среди высокорослых позднеспелых морфотипов формы с более высоким уровнем клубенькообразования встречаются чаще, чем среди низкорослых, карликов и скороспелых сортообразцов.
Нитрогеназная активность. Как показывают результаты наших исследований и работы других ученых, общая нитрогеназная активность может рассматриваться как интегральный показатель, который характеризует активность симбиотической системы.
Самое низкое значение нитрогеназной активности было отмечено в засушливом 1987 году, а наиболее высокое – в достаточно увлажненном 1988 году. Нитрогеназная активность позднеспелых генотипов была несколько выше, чем у раннеспелых и среднеспелых (табл. 3).
Таблица 3 – Нитрогеназная активность сортообразцов гороха различных групп спелости в полевых условиях при спонтанной инокуляции.
Орел, 1987…1989 гг
| Активность азотфиксации, мкг N2/раст. час | |||||
| на 1 растение | на 1 клубенек | ||||
| 1987 г. | 1988 г. | 1989 г. | 1987 г. | 1988 г. | 1989 г. |
| Раннеспелые (n=72) | |||||
| 15,8±1,41 | 71,1±1,23 | 50,9±1,37 | 1,8±0,11 | 2,8±0,23 | 2,6±0,17 |
| Среднеспелые (n=75) | |||||
| 30,2±1,18 | 107,4±1,64 | 86,4±1,05 | 1,8±0,13 | 3,0±0,19 | 2,9±0,20 |
| Позднеспелые (n=75) | |||||
| 58,2+1,31 | 165,9+1,95 | 115,5+1,47 | 2,1+0,27 | 3,3+0,27 | 3,0+0,18 |
В среднем за годы изучения были выделены 14 сортообразцов гороха с повышенной нитрогеназной активностью от 67,5±1,05 мкг N2/раст. час. (Neugaterslebener 5099) до 287,1±3,61 (Торсдаг) мкг N2/раст. час.
Наиболее низкое значение показателя в расчете на 1 клубенек - 1,5±0,23 мкг N2/раст. час., отмечено в 1987 году у растений сортообразца Neugaterslebener 5099а; наиболее высокое – 3,3 и более мкг N2/раст. час. – у сортообразцов Торсдаг, Paula, Зубр.
При инокуляции производственным штаммом Rhizobium leguminosarum bv. viciae 250а нитрогеназная активность сортообразцов Торсдаг, Rondo и Finale была в 1,3…1,8 раза выше, чем у контроля.
У сорта Зубр максимальное значение показателя в расчете на одно растение отмечено в варианте с инокуляцией шт. №13 (176,0±9,18 мкг N2/раст. час.), а минимальное – при обработке семян шт. 250а (100,0±11,24 мкг N2/раст. час.). Активность нитрогеназы в пересчете на один клубенек у растений сорта Зубр оказалась максимальной в варианте с инокуляцией шт. 250а (2,5±0,14 мкг N2/раст. час.).
Установлено, что высокими показателями нитрогеназной активности характеризовались представители подвидов Pisum sativum subsp. elatius (Bieb.) Schmalh (к-1947) – 92,6 мкг N2/раст. час. и Pisum sativum subsp. abissinicum L. (к-2759) – 68,1 мкг N2/раст. час, наиболее низкие показатели были у сортообразцов Pisum sativum subsp. asiaticum L. (к-5260) – 17,6 мкг N2/раст. час., что вероятно, обусловлено несовместимостью их со штаммами ризобий европейского происхождения.
Среди местных сортов-популяций высокий уровень нитрогеназной активности растения выявлен у сортообразеца к-284 (75,9 мкг N2/раст. час.), а наименьший (43,5 мкг N2/раст. час) у сортообразца к-1487.
Нитрогеназная активность растений гороха сортов Капитал и Торсдаг составила 52,3 и 97,9 мкг N2/раст. час.
У сортов гороха, созданных в 1980 – 90-е годы значение этого показателя колебалось от 58,3 мкг N2/раст. час. (Труженик) до 95,7 мкг N2/раст. час. (Орловчанин), а у сортов, созданных в 2000 – 2005 гг. – от 42,8 мкг N2/раст. час. (Визир) до 82,1 мкг N2/раст. час. (Триумф).
Симбиотическая деятельность сортообразцов гороха различных морфотипов. Исследованиями установлено, что на формирование симбиотического аппарата различных генотипов гороха в полевых условиях при спонтанной инокуляции существенное влияние оказывают почвенно-климатические условия, складывающиеся в процессе роста и развития растений. Понижение влажности почвы до 40% ППВ в слое 0-20 см в период начала образования клубеньков в засушливые 1999 и 2002 гг. явилось причиной низкой зараженности растений клубеньковыми бактериями - нодуляция растений не превысила 39%. Некоторое улучшение водного режима к фазе бутонизации – начала цветения способствовало увеличению количества клубеньков на корнях растений.
Продолжительность функционирования клубеньков на корнях сортообразцов гороха зависела от влагообеспеченности посевов и продолжительности вегетационного периода. При недостатке влаги в почве и ускоренном развитии растений в 1999 г. продолжительность общего симбиоза варьировала от 62 суток у короткостебельных сортообразцов Смарагд, Норд и Орлус до 68 суток у сортообразца к-1947. В излишне увлажненном 2000 году общая продолжительность симбиоза изменялась от 65 суток (Норд, Орлус) до 75 суток (к-2376, Торсдаг). В среднем за годы изучения значение этого показателя изменялось от 64 до 70 суток.
Поскольку показатель продолжительности общего симбиоза не отражает времени активной работы симбиотического аппарата, то для ее характеристики Г.С. Посыпанов и Л.Д. Князева (1975) ввели показатель эффективного или активного симбиоза, то есть того периода, когда клубеньки содержат леггемоглобин и усваивают азот воздуха.
Установлено, что в засушливых условиях 1999 и 2002 гг. активный симбиоз был на 6 – 7 суток меньше, чем в 2000 и 2001 гг.
В среднем за годы изучения наибольший общий симбиотический потенциал - 2128,2 кгдн./га был сформирован сортом Торсдаг, наименьший - 1086,4 кгдн./га – сортом Труженик. В неблагоприятных для симбиоза 1999 и 2002 гг. – общий симбиотический потенциал у всех сортообразцов гороха был в 1,5 – 2,0 раза ниже, чем в 2000 и 2001 гг.
Наиболее высокий активный симбиотический потенциал - 2440,0 кгдн./га сформировали растения гороха сорта Капитал в 2001 году, самый низкий - 230,0 кгдн./га растения сорта Норд в 2002 году.
На темно-серых среднесуглинистых почвах местные штаммы ризобий обладают высокой эффективностью. Общая масса клубеньков, сформировавшихся на корнях растений, варьировала в среднем по всем сортообразцам от 9,3 кг/га в засушливом 2002 году до 37,2 кг/га - в наиболее благоприятном 2001 году (табл. 4).
Таблица 4 – Симбиотическая деятельность сортообразцов гороха в полевых условиях при спонтанной инокуляции. Орел, 1999-2002 гг.
| Показатели | 1999 г. | 2000 г. | 2001 г. | 2002 г. |
| Общая масса клубеньков, кг/га | 12,8 | 28,9 | 37,2 | 9,3 |
| Активная масса клубеньков, кг/га | 8,6 | 24,4 | 30,3 | 5,8 |
| АСП, кг-дней/га | 474,3 | 1554,9 | 1770,1 | 298,9 |
| УАС, г/кг в сутки | 2,8 | 4,6 | 5,1 | 1,4 |
| Фиксированный азот воздуха, кг/га | 15,1 | 39,7 | 53,3 | 10,3 |
| Доля фиксированного азота, % | 28,8 | 35,7 | 50,2 | 13,7 |
| Почвенный азот, кг/га | 71,2 | 64,3 | 49,8 | 65,3 |
| НСР05 по массе клубеньков | 3,2 |
Активная масса клубеньков за годы изучения изменялась от 5,8 кг/га в 2002 году до 30,3 кг/га - в 2001 году.
Определенный интерес при изучении исходного материала в симбиотической селекции представляет величина удельной активности симбиоза (УАС), которая в засушливых условиях снижалась в 1,5-3,0 раза по сравнению с оптимальными условиями вегетации.
Самая высокая доля фиксированного азота была отмечена в 2001 году - 53,3 кг/га или 50,2%. Слабее всего растения гороха фиксировали атмосферный азот в условиях засушливых 2002 г. - 10,3 кг/га или 13,7% и 1999 г. - 15,1 кг/га или 28,8%.
Биомасса растения. Формирование биомассы растения и отдельных его органов является результатом не только ассимиляционной деятельности фотосинтезирующих тканей, но и функционирования корневой системы. Корни, являясь частью растительного организма, находятся в тесной взаимосвязи с надземными органами. От их роста и развития зависит конечная продуктивность растений.
Установлено, что после всходов развитие надземной части растений и корневой системы зависело от морфотипа растения и развития его листового аппарата. У лучших районированных и перспективных сортообразцов (Орловчанин, Орлус, Норд, Юниор, Триумф) корень был длиннее стебля 2,5-5,0 раз.
Коэффициент корреляции между массой корней и массой надземных органов в фазе 6 настоящих листьев в полевых условиях достигал r= +0,921. Редукция листового аппарата у безлисточковых сортов (Норд, Орлус, Триумф) вызвала взаимосвязанные изменения параметров развития корневой системы, которые сохранялись в течение всего периода онтогенеза. При этом установлено, что генетически обусловленные уменьшение массы и площади листьев аналогичным образом ухудшают развитие корневой системы (рис.2).
Б
Рис. 2. Сухая масса надземной части и корней растений гороха сортов Орловчанин (листочковый тип) и Орлус (усатый тип листа), 2003-2005 гг.
Сорта гороха с усатым типом листа и с хорошо развитыми прилистниками (Норд, Триумф, Орлус) по биологической продуктивности не уступали обычным (листочковым) сортам, а зачастую и превосходили их (табл. 5).
Таблица 5 – Продуктивность биомассы у сортов гороха различных
морфотипов, 2003-2005 гг.
| Сортообразец | Биомасса при уборке, г/растение | |
| полевой опыт | вегетационный опыт | |
| Орловчанин | 9,2±0,83 | 4,6±0,57 |
| Труженик | 8,6±1,02 | 5,8±0,69 |
| Норд | 7,1±0,97 | 4,7±0,71 |
| Орлус | 8,6±0,68 | 4,9±0,66 |
| Триумф | 8,2±0,85 | 4,9±0,52 |
В условиях ценоза генотипическая изменчивость биомассы у сортов гороха с одинаковой продолжительностью вегетационного периода была невысокой (7,0 – 12,0%) и не зависела от морфотипа (Соловов, Наумкина, 2007). В вегетационных опытах при создании оптимальных условий питания и увлажнения почвы сорта с усатым типом листа по продуктивности биомассы уступали листочковым.
Семенная продуктивность. В конце ХХ века селекция гороха базировалась на преобладании в генотипах новых сортов рецессивных генов (короткостебельности, усатого типа листа, неосыпаемости семян, детерминации стебля и т.д.), что ускорило процесс морфофизиологической дифференциации и специализации сортов. Однако нельзя не признать, что остаются недостаточно изученными механизмы поддержания высокой продуктивности создаваемых сортов, их адаптации к условиям выращивания, устойчивости к абиотическим и биотическим факторам (Беляева и др., 2006; Кондыков и др., 2006).
Изучение архитектоники и продуктивности гороха с целью выделения генотипов, сочетающих высокую семенную продуктивность и симбиотическую активность показало, что у изученного нами набора сортообразцов по мере накопления в генотипе гороха рецессивных генов происходит снижение семенной продуктивности. Максимальная семенная продуктивность - 6,0±0,52 г отмечена в достаточно увлажненном 2004 году у растений сорта Норд, минимальная - 4,2±0,65 г в избыточно увлажненном 2003 г. у растений сорта Демон (табл. 6).
Таблица 6 – Семенная продуктивность сортообразцов гороха, (г/растение), 2003 – 2005 гг.
| Сорт, линия | Генотип | 2003 г | 2004 г | 2005 г | Среднее за 3 года |
| Смарагд | lm, Af | 4,7±0,26 | 5,0±0,34 | 4,9±0,25 | 4,8±0,28 |
| Неручь | lm,Af, def | 4,5±0,22 | 5,2±0,49 | 4,8±0,21 | 4,8±0,31 |
| Норд | lm, af, def | 5,8±0,43 | 6,0±0,52 | 5,2±0,43 | 5,6±0,46 |
| Демон | lm, af,def, det | 4,2±0,65 | 4,6±0,47 | 5,0±0,54 | 4,6±0,55 |
| НСР05 | 0,236 | 0,253 | 0,213 | ||
Сравнительное изучение сортообразцов гороха по признакам, слагающим семенную продуктивность и симбиотическим показателям позволило разделить их на три группы: высокопродуктивные с массой семян с растения 5,54 г.: Орлус, Норд, Мадонна, Баккара, Мультик, Памяти Варлахова; среднепродуктивные с массой семян с растения 5,20 г.: Труженик, Орловчанин, Чарльстон, Алла, Солара, Орпела, Badminton и низкопродуктивные с массой семян с растения 4,2 г: Демон, Неручь, Батрак, Визир,>
Таблица 7 – Сравнительная характеристика сортообразцов гороха по признакам, слагающим семенную продуктивность и симбиотическим показателям, 2003-2005 гг
| Признак | Высокопродук тивные | Среднепродук тивные | Низкопродук тивные | |||
| без инок. | инок. шт.245а | без инок | инок. шт.245а | без инок | инок. шт.245а | |
| Масса семян с растения, г | 5,42 | 5,50 | 5,2 | 5,2 | 4,3 | 4,6 |
| Масса 1000 семян, г | 234 | 235 | 243 | 244 | 230 | 233 |
| Масса сухого растения, г. | 9,90 | 9,96 | 10,0 | 10,4 | 9,1 | 9,8 |
| Продолжительность вегетационного периода, сут. | 78 | 79 | 77 | 78 | 75 | 76 |
| Содержание белка в семенах, % | 23 | 23 | 24 | 24 | 24 | 24 |
| Число клубеньков на корнях растения, шт. | 85 | 102 | 72 | 100 | 72 | 92 |
| Нитрогеназная активность, мкг N2/раст. час. | 11,6 | 15,3 | 10,4 | 15,1 | 12,3 | 14,5 |
По массе сухого растения среднепродуктивные сорта превзошли высокопродуктивные и низкопродуктивные на 0,9 г. Растения высокопродуктивных сортов наиболее эффективно используют продукты фотосинтеза на формирование зерна. Коэффициент хозяйственной деятельности в этой группе составлял 53,2-55,2%, что на 7,0-9,0 % выше, чем у остальных сортов.
При определении содержания сырого протеина в семенах выявлена тенденция снижения белковости при повышении продуктивности. Семена сортов высокопродуктивной группы содержали в среднем 24,0% белка, средне- и низкопродуктивной - 23%. Наибольшим процентом белка характеризовался сорт Памяти Варлахова - 27,0%.
Предпосевная инокуляции сортов гороха производственным штаммом клубеньковых бактерий способствовала формированию большего числа клубеньков на корнях растений сортов гороха всех групп продуктивности. При этом нитрогеназная активность сортов высокопродуктивной группы возросла на 3,7 мкг N2/раст. час. по сравнению с вариантом без обработки; средне-и низкопродуктивных групп соответственно на 4,7 и 2,2 мкг N2/раст. час.
Взаимосвязь продуктивности с основными симбиотическими признаками и показателями. Для повышения эффективности селекции гороха на продуктивность и симбиотическую активность необходимо выявление взаимосвязи семенной продуктивности с элементами ее структуры и симбиотическими показателями и выявление тех признаков, по которым можно эффективно проводить отбор в конкретной климатической зоне.
Изучение корреляционных связей между хозяйственно ценными признаками и симбиотическими показателями у гороха показало, что на семенную продуктивность существенное влияние оказывают: число семян с растения (r=0,52 - 0,61); число бобов с растения (r=0,52-0,73); число продуктивных узлов на растении (r= 0,49 - 0,71); масса 1000 семян (r=0,44-0,59); масса сухого растения (r=0,37-0,52) (табл.8).
Таблица 8 – Взаимосвязь семенной продуктивности гороха и элементов структуры его урожая
| Признаки | Семенная продуктивность | ||
| 2003 г | 2004 г | 2005 г | |
| Число продуктивных узлов на растении | 0,49±0,083* | 0,71±0,118* | 0,63±0,147* |
| Число бобов на растении | 0,52±0,110* | 0,73±0,096* | 0,66±0,130* |
| Число семян с растения | 0,52±0,147* | 0,61±0,114* | 0,58±0,089* |
| Масса 1000 семян | 0,44±0,102* | 0,59±0,121* | 0,52±0,088* |
| Масса сухого растения | 0,37±0,076* | 0,52±0,110* | 0,44±0,124* |
| Число клубеньков на корнях растений | -0,05±0,014 | 0,17±0,047 | 0,10±0,035 |
| Нитрогеназная активность | 0,41±0,051 | 0,32±0,032 | 0,37±0,028 |
Семенная продуктивность у изученного нами набора сортообразцов гороха практически не коррелировала с числом клубеньков на корнях растений (r=0,05 - 0,17) и слабо коррелировала с нитрогеназной активностью (r= 32 - 0,41).
Установлено также, что признак число семян с растения имеет положительную корреляционную связь с признаками число бобов на растении (r=0,89–0,97) и числом продуктивных узлов (r=0,89–0,91). Следует отметить наличие отрицательной связи массы 1000 семян с числом бобов на растении (r=- 0,33 – - 0,51), числом семян с растения (r= -0,41 – -0,55), числом продуктивных узлов (r= -0,29 – -0,43).
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОТИПОВ ГОРОХА С ЭНДОМИКОРИЗНЫМИ ГРИБАМИ GLOMUS sp. НА ФОНЕ ИНОКУЛЯЦИИ РИЗОБИЯМИ
Оценка клубенькообразующей способности. 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 гороха 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.
Установлены значительные межсортовые различия по числу клубеньков на растение во всех вариантах опыта: от 4,0±-,10 шт. (PS 7101044) до 69,0±0,11 шт. (к-7128) – контроль; от 10,0±0,16 шт. (PS 9910029) до 89,0 ±1,12 шт. (к-7128) – двойная инокуляция ризобиями и грибами арбускулярной микоризы; от 10,0±0,16 шт. (PS 7101149) до 64,0±0,54 шт. (к-3064).
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.9).
Таблица 9 – Клубенькообразующая способность лучших образцов
гороха, 2003 – 2005 гг.
| Образец | Клубеньки | |||||
| Название | происхождение | шт./раст. | расположение | Окраска | ||
| контроль | 2-я инок. | N45P30K65 | ||||
| к-8274 стандарт | Франция | 22±0,25 | 73±0,18 | 6±0,21 | на боковых корнях | бледно-розовая |
| к-7128 | Россия | 69±0,87 | 89±1,12 | 5±0,12 | на боковых корнях | бледно-розовая |
| к-925 | США | 49±0,13 | 62±0,84 | 8±0,21 | на боковых корнях | бледно-розовая |
| к-1693 | Великобрита ния | 42±0,11 | 58±0,37 | 9±0,15 | на боковых корнях | бледно-розовая |
| Триумф | Россия | 21±0,21 | 61±0,29 | 5±0,18 | на боковых корнях | Бледно-розовая |
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).
Рис. 3. Сортообразцы гороха, выделившиеся по нитрогеназной
активности, 2003-2005 гг.
Микоризация образцов. 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.
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.10)
Таблица 10 - Влияние двойной инокуляции штаммами клубеньковых бактерий Rhizobium leguminosarum bv. viciae (GLAM 1022) и микоризных грибов Glomus intraradices (GLAM 7) на хозяйственно-полезные признаки растений
гороха к-8274, 1998-2001 гг
| Вариант Опыта | Длина стебля, см. | Масса сухого растения, г. | Число семян с растения, шт. | 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. 11).
Таблица 11 - Влияние двойной инокуляции клубеньковыми бактериями Rhizobium leguminosarum bv. viciae (штамм GLAM 1022) и грибом арбускулярной микоризы Glomus fasciculatum (изолят BEG53) на продуктивность сортообразцов гороха, 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. | ||||
| Х±Sx | % к неинок. конт ролю | Х±Sx | ±к неинок. конт ролю | Х±Sx | % к неинок. конт ролю | Х±Sx | % 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 генотипов двойная инокуляция имеет больший эффект, чем внесение минеральных удобрений (табл.12).
Таблица 12 – Влияние двойной инокуляции клубеньковыми бактериями Rhizobium leguminosarum bv. viciae (штамм GLAM 1022) и грибом арбускулярной микоризы Glomus fasciculatum (изолят BEG53) на рост и развитие растений гороха по сравнению с неинокулированным контролем и внесением минеральных удобрений N60P60K60, 2001-2003 гг
| Признак | Сортообразец | ||||
| к-3429 | к-7128 | к-8456 | к-4788 | ||
| Длина стебля, см | Х±Sx | 78,6±3,09 | 98,2±2,01 | 113,3±2,57 | 95,3±2,19 |
| % к не инокул. контролю | +15,6 | +34,5 | +39,4 | +13,8 | |
| % к N60P60K60 | +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 не инокул. контролю | +25,0 | +66,1 | +13,5 | +63,0 | |
| % к N60P60K60 | +57,1 | +27,2 | +9,0 | +44,2 | |
| Число семян с растения, шт. | Х±Sx | 17,2±1,82 | 32,5±1,97 | 22,5±1,05 | 23,3±1,37 |
| % к не инокул. контролю | +53,3 | +57,8 | +38,9 | +94,2 | |
| % к N60P60K60 | +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 не инокул. контролю | +35,3 | +60,6 | +31,4 | +80,1 | |
| % к N60P60K60 | +19,5 | +16,8 | +24,3 | +11,5 | |
Установлено, что у большинства сортообразцов гороха при двойной инокуляции имеет место тенденция уменьшения интенсивность развития микоризной инфекции, пересчитанная на 1 см корня (М,%) (во многих случаях достоверная) по сравнению с контролем, что можно объяснить большей эффективностью интродуцированных эндомикоризных грибов по сравнению с местными. Это выражается в относительном увеличении биомассы растений большинства сортообразцов при более низких значения М%, что свидетельствует о более высокой функциональной активности арбускулярной микоризы. 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 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. 13).
Таблица 13 – Симбиотическая деятельность сортообразцов гороха на фоне двойной инокуляции ризобиями и микоризными грибами, 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 | 5,7 |
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.
Величина удельной активности симбиоза (УАС), которая была самой маленькой в засушливых условиях 2005г. -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.
Самая высокая доля фиксированного азота была отмечена в 2003 году - 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. 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), 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.
В контрольном варианте выявлено 5 основных типов изменчивости массы сухого растения: к первому типу относится 20,0% образцов; ко второму - 36,0%; к третьему - 28,0%; к четвертому - 12,0% образцов; к пятому типу относятся 4,0% образцов.
В варианте с двойной инокуляцией установлено четыре основных типа изменчивости массы сухого растения. К первому типу относятся 15,4% сортообразцов; ко второму - 46,2%; третий тип изменчивости отмечен у 34,6% сортообразцов; четвертый тип характерен для 3,8% сортообразцов.
В варианте с применением минеральных удобрений для массы сухого растения гороха отмечено четыре типа изменчивости. Первый тип изменчивости характерен для 13,0% сортообразцов; ко второму - 26,1%; к третьему - 47,8%; четвертый тип изменчивости был характерен для 26,1% образцов.
Семенная продуктивность. 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 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 генотипов, 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.
Для каждого отдельного признака у изученного набора сортообразцов гороха выявлено различное число основных типов изменчивости - от 2 до 11, которые могут служить критериями для оценки генетического сходства или различия этих сортообразцов. У сортообразцов с одинаковым типом изменчивости гены, ответственные за признак, аллельны.
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, стабильно отзывчивых на двойную инокуляцию.
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИЗНАКОВ ПРОДУКТИВНОСТИ
И СИМБИОТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ У ГОРОХА
Изучение комбинационной способности сортов и форм гороха. При анализе комбинационной способности сортообразцов гороха посевного по признакам симбиотической активности установлены достоверные различия по ОКС и СКС с незначительными реципрокными эффектами (табл. 14).
Во всех вариантах средний квадрат ОКС был значительно больше среднего квадрата СКС для числа клубеньков (в 20-25 раза) и массы сухого растения (в 10-15 раз), что свидетельствует о преобладании аддитивного действия генов в наследовании этих признаков. Средний квадрат ОКС был ниже, чем СКС для нитрогеназной активности (в 3 раза) и семенной продуктивности (в 7 раз).
Выявлен аддитивный характер наследования признаков симбиотической активности, что предполагает возможность их улучшения посредством отбора наиболее ценных для селекции родительских форм.
Таблица 14– Дисперсионный анализ комбинационной способности (ОКС и СКС) сортообразцов гороха, 2004 г.
| Источ- ник варьи- рования | Степени свободы Df | Средний квадрат (ms) | |||||||
| масса семян с растения | масса сухого растения | число клубень- ков на растении | нитрогеназная активность | ||||||
| конт- роль | 2-я инокул. | конт- роль | 2-я инокул. | конт- роль | 2-я инокул. | конт- роль | 2-я инокул. | ||
| ОКС | 6 | 2,168 | 6,739 | 24,516 | 25,307 | 187,221 | 2103,221 | 2,785 | 7,215 |
| СКС | 14 | 14,625 | 0,816 | 1,823 | 1,892 | 7,732 | 9,733 | 7,332 | 2,534 |
| РЭ | 21 | 1,003 | 1,003 | 1,239 | 1,136 | 4,104 | 4,592 | 0,138 | 0,271 |
| Ошибка | 82 | 0,576 | 0,612 | 0,785 | 0,873 | 3,781 | 3,279 | 0,059 | 0,126 |
Примечание: ОКС и СКС – соответственно общая и специфическая комбинационная способность, РЭ – реципрокный эффект; * - достоверно при Р05
Образцы Скиф, Триумф, к-8274, PS9910029, PS 9910035 можно рекомендовать для использования в селекционных программах при создании высокоурожайных сортов гороха, обладающих повышенной симбиотической активностью.
Гетерозис по признакам симбиотической активности у гороха проявляется дискретно и в зависимости от комбинации скрещивания может быть выражен по большинству или только по отдельным признакам. Наиболее часто гибриды превосходят родительские формы по числу клубеньков на растении, массе сухого растения и семенной продуктивности, реже – по нитрогеназной активности.
На основании анализа гибридов F2 выделены комбинации, представляющие интерес для дальнейшей селекционной работы по массе семян с растения и ряду симбиотических показателей: к-8275 х Триумф, к-8274 х Скиф, к-8274 х Fallon, Скиф х PS 9910035.
Диаллельный анализ признаков продуктивности и симбиотической эффективности у гороха. Характеризуя в целом генетическую систему контроля семенной продуктивности и основных показателей симбиотической эффективности у изучаемых сортообразцов гороха, отметим, что наряду с генами, проявляющими преимущественно аддитивное действие, в наследование этих признаков определенный вклад вносят гены со сверхдоминантным эффектом (табл.15).
По всем признакам средняя степень доминантности в каждом локусе 
больше единицы, что согласуется с показателями графика (Wr/Vr).
Распределение положительных и отрицательных эффектов H2 / 4H1 неравномерное, так как этот показатель по всем признакам отличается от 0,25 (для случая равенства положительных и отрицательных аллелей). Отношение общего числа доминантных генов к общему числу рецессивных 
говорит о неравенстве положительных и отрицательных генов у исходных родительских форм.
Таблица 15 – Оценка генетических компонентов у гороха, Орел, 2005 г.
| Генетические Компоненты | Масса | Число клубеньков на корнях растения | Нитрогеназная активность | |
| семян с растения | сухого растения | |||
 F1 F2 | 10,44 9,64 | 12,37 10,21 | 2,02 1,21 | 1,41 1,16 |
| H2 / 4H1 F1 F2 | 0,06 0,11 | 0,17 0,23 | 0,17 0,33 | 0,31 0,22 |
 | 3,43 3,35 | 3,96 4,12 | 3,85 6,84 | 1,84 1,90 |
Анализ графиков регрессии (Wr/Vr) показал, что сортообразец к-8274 является источником рецессивных генов. Сортообразцы Триумф, Скиф, к-8274, PS 9910029, PS 9910035, Fallon представляют определенную ценность при селекции гороха на повышение симбиотической активности. Учитывая, что они обладают высоким симбиотическим потенциалом, можно сделать вывод о значительных возможностях в улучшении этого показателя у гороха путем рекомбинации генов, контролирующих у них число клубеньков на корнях растений, нитрогеназную активность и массу сухого растения.
ПОВЫШЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА СЕМЕННОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ И СИМБИОТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СЕЛЕКЦИОННЫМ ПУТЁМ
Интрогрессия гена sym2 в генотипы лучших районированных и перспективных сортов гороха. Существование высокой специфичности заражения у гороха привело к возникновению идеи о возможности селекции пар симбионтов, где растение заражается только лишь штаммом, вносимым при инокуляции, и устойчиво к заражению аборигенными почвенными штаммами. В качестве доноров гена sym2, обуславливающего устойчивость гороха к местным, европейским и северо-американским штаммам клубеньковых бактерий и вступающих в эффективный симбиоз с штаммами ризобий типа А-1, селекции ГНУ ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии использовали сортообразцы из Афганистана: к-1887, л.2150 и к-6559. Установлено, что растения этих сортообразцов проявляли абсолютную устойчивость к местным штаммам ризобий и производственному штамму 250а и на их фоне не формировали клубеньков и не проявляли нитрогеназной активности. Показано, что гены, обуславливающие устойчивость сортообразцов к образованию клубеньков аллельны (табл. 16) (Наумкина, 1993).
Таблица 16 – Характеристика исходных родительских форм гороха, гибридов F1 и F2 поколения по признаку клубенькообразования при инокуляции штаммом ризобий 250а. Орел, 1989 г.
| Родительские формы и гибриды F1 | Проанализировано растений | Число растений с клубеньками | % растений с клубеньками | Число клубеньков на растении | Коэффициент вариации (V%) |
| К-1887 | 50 | 8 | 16 | 2-12 | 5,6 |
| К-6559 | 50 | 4 | 8 | 1-10 | 4,8 |
| Л.2150 | 50 | 2 | 4 | 1-7 | 7,3 |
| F1 поколение | |||||
| К-1887 х Л.2150 | 26 | 5 | 18 | 0-5 | 2,7 |
| Л.2150 х К-1887 | 18 | 4 | 21 | 0-9 | 5,3 |
| К-6559 х К-1887 | 31 | 8 | 25 | 1-10 | 6,1 |
| К-1887 х К-6559 | 19 | 3 | 16 | 1-16 | 8,2 |
| К-6559 х Л.2150 | 25 | 6 | 25 | 1-8 | 7,5 |
| Л.2150 х К-6559 | 38 | 10 | 27 | 1-6 | 6,2 |
| F2 поколение | |||||
| К-1887 х Л.2150 | 93 | 17 | 18 | 1-8 | 5,3 |
| Л.2150 х К-1887 | 128 | 34 | 28 | 1-9 | 6,8 |
| К-6559 х К-1887 | 120 | 20 | 18 | 1-7 | 4,9 |
| К-1887 х К-6559 | 105 | 21 | 20 | 1-8 | 6,2 |
| К-655 9 х Л.2150 | 110 | 34 | 31 | 1-6 | 7,1 |
| Л.2150 х К-6559 | 139 | 40 | 29 | 1-4 | 5,3 |
Дальнейшие исследования были направлены на получение устойчивых к местным и производственным штаммам клубеньковых бактерий изолиний лучших районированных и коммерческих сортов гороха с последующим использованием для их инокуляции штаммов клубеньковых бактерий типа А-1.
Работа велась по методике, предложенной Н.М. Чекалиным (1989) в нашей модификации. Интрогрессия гена sym2 в генотип отцовского сорта осуществлялась методом многократных насыщающих скрещиваний (беккроссов) (рис. 5) (Naumkina. 1995).
| 1989 год, поле, теплица | А х В АВ (F1) АВ х В АВВ (F1B1) |
| 1990 год, поле | Размножение F1B1 на фоне минерального азота |
| 1991 год, теплица | Посев F2В1 на безазотном фоне для отбора устойчивых генотипов и проведение второго насыщающего скрещивания АВВ (F2B1) х В АВВВ (F1B2) |
| 1991 год, поле | Размножение F1B2 на фоне минерального азота |
| 1992 год, теплица | Посев F2В2 на безазотном фоне для отбора устойчивых генотипов и проведение третьего насыщающего скрещивания АВВВ (F2B2) х В АВВВВ (F1B3) |
| 1992 год, поле | Размножение F1B3 на фоне минерального азота |
| 1993 год, теплица | Посев F2В3 на безазотном фоне для отбора устойчивых генотипов и проведение четвертого насыщающего скрещивания АВВВВ (F2B3) х В АВВВВВ (F1B4) |
| 1993 год, поле | Размножение F1B4 на фоне минерального азота |
| 1994 год, теплица | Посев F2В4 на безазотном фоне для отбора устойчивых генотипов и проведение пятого насыщающего скрещивания АВВВВВ (F2B4) х В АВВВВВВ (F1B5) |
| 1994 год, поле | Размножение F1B5 на фоне минерального азота |
| 1995 год, теплица | Посев F2В5 на безазотном фоне для отбора устойчивых генотипов и проведение шестого насыщающего скрещивания АВВВВВВ (F2B5) х В АВВВВВВВ (F1B6) |
| 1995 год, поле | Размножение F1B6 на фоне минерального азота |
| 1996 - 1997 гг. поле, теплица | Размножение и испытание полученных изолиний на совместимость со штаммами клубеньковых бактерий типа А-1 |
Рис. 5. Схема интрогрессии гена sym2 в генотипы гороха методом многократных насыщающих скрещиваний. А – формы гороха афганского происхождения, В – формы гороха европейского происхождения.
Растения F2 выращивали при инокуляции штаммом ризобий 250а в сосудах с минеральным питанием без азота. На начальных стадиях роста отмечались растения, имеющие отклонения от нормы в окраске листьев и стеблей. На стадии бутонизации-начала цветения повторно, по признакам азотного голодания (снижение интенсивности зеленой окраски листьев и стеблей, пожелтение и отмирание нижних листьев, замедленное развитие растений), отбирали генотипы не способные обеспечить себя азотом за счет симбиотической азотфиксации. Все зеленые растения удаляли. В питательную среду добавляли азотнокислый аммоний до конечной концентрации 600 мг/л.
В результате шестикратных насыщающих скрещиваний и отбора устойчивых к производственному штамму 250а растений, фенотипически сходных с исходным родительским сортом, была создана серия не имеющих мировых аналогов изолиний - Норд sym2 sym2, Битюг sym2 sym2 и Демон sym2 sym2, которые сохранили весь комплекс хозяйственно-ценных признаков исходных сортов Норд, Битюг и Демон. Растения этих линий не вступали в симбиоз с местными штаммами клубеньковых бактерий и производственным штаммом 250а. При предпосевной инокуляции штаммами ризобий типа А-1 урожайность семян у этих линий на 15…57% выше, чем у исходных сортов, также существенно возрастала надземная масса растения, содержание фиксированного азота в урожае и нитрогеназная активность (табл.17).
Таблица 17 – Отзывчивость исходных родительских сортов и линий-аналогов на инокуляцию штаммом А-1
| Сорт, линия | Надземная масса растения, г/сосуд | Активность нитрогеназы мкгN/раст/час | ||
| контроль | шт. А-1 | Контроль | шт. А-1 | |
| Норд | 12,7±2,17 | 19,7±2,51 | 20,4±2,14 | 22,4±1,63 |
| Демон | 11,2 ±2,34 | 11,4±2,19 | 17,6±3,01 | 24,7±2,85 |
| Битюг | 1,261,26 | 12,9±1,93 | 19,6±2,55 | 25,1±3,15 |
| Нордsym2 sym2 | 7,2±1,23 | 14,3±1,77 | 0 | 25,7±3,48 |
| Демон sym2 sym2 | 7,9±1,23 | 12,1±2,31 | 0 | 20,8±3,12 |
| Битюг sym2 sym2 | 7,9±1,21 | 12,6±1,95 | 0 | 21,3±2,87 |
Наибольший практический интерес представляет линия Норд sym2 sym2, Ее растения не полегают до самой уборки, имеют неосыпающиеся семена и усатый тип листа. При выращивании в полевых условиях при спонтанной инокуляции местными штаммами клубеньковых бактерий растения формировали семенную продуктивность -2,4 г и не образовывали клубеньков (за исключением двух растений). При инокуляции штаммом ризобий 250а семенная продуктивность была несколько выше – 2,8 г, а число растений, образовавших клубеньки на корнях, увеличилось до 4. Эти данные подтверждают устойчивость новой линии Норд sym2 sym2 к местным и производственным штаммам клубеньковых бактерий. При инокуляции семян линии Норд sym2 sym2 штаммом А-1 семенная продуктивность растений увеличилась до 6,1 г. Все растения образовывали клубеньки, число которых на корнях растений колебалось от 38 до 86.
Таким образом, штамм А-1 преодолевает устойчивость линии Норд sym2 sym2 к местным и производственным штаммам клубеньковых бактерий.
При выращивании сорта Норд и линии Норд sym2 sym2 на безазотном фоне (табл.18) в варианте без инокуляции растения линии Норд sym2 sym2 не образовывали клубеньков, а семенная продуктивность одного растения составила 0,5 г. В варианте с обработкой семян штаммом ризобий 250а растения линии Норд sym2 sym2 сформировали семенную продуктивность 1,6 г и всего лишь 6 растений из 50 имели на корнях клубеньки.
Таблица 18 - Результаты сравнительного изучения сорта Норд и линии Норд sym2 sym2 на безазотном фоне. Орел, 1996 – 1997 гг.
| Признаки | Без инокуляции | Инок. шт. 250а | Инок. шт. А-1 | |||
| Норд sym2 sym2 | Норд | Норд sym2 sym2 | Норд | Норд sym2 sym2 | Норд | |
| Длина стебля, см | 45 | 56 | 48 | 54 | 55 | 57 |
| Число непродуктивных узлов на растении, шт. | 16 | 17 | 18 | 18 | 17 | 18 |
| Число продуктивных узлов на растении, шт. | 2 | 4 | 4 | 5 | 7 | 6 |
| Число бобов на растении, шт. | 2 | 7 | 5 | 6 | 12 | 14 |
| Число семян с растения, шт. | 6 | 22 | 15 | 30 | 53 | 47 |
| Число семян в бобе, шт. | 3 | 2 | 3 | 5 | 5 | 4 |
| Масса семян с растения, г | 0,5 | 1,7 | 1,6 | 3,6 | 6,4 | 6,2 |
| Масса 1000 семян, г. | 188 | 222 | 126 | 260 | 242 | 262 |
| Число растений с клубеньками, шт. | 0 | 50 | 6 | 50 | 50 | 50 |
| Число клубеньков на растении, шт. | 0 | 0-3 | 0-4 | 23-75 | 42-127 | 45-87 |
| Масса сухого растения г. | 3,1 | 7,8 | 6,8 | 8,3 | 7,7 | 8,4 |
При обработке семян штаммом ризобий А-1 растения линии Норд sym2 sym2 по семенной продуктивности практически не отличались от растений сорта Норд и сформировали продуктивность 6,4 г. Число клубеньков на корнях растений линии Норд sym2 sym2 в этом варианте соответствовало 42-127, а у растений сорта Норд – 45-87.
Создание сортомикробных систем гороха, отзывчивых на производственные штаммы клубеньковых бактерий. Сопряженная селекция высокоэффективных партнеров по симбиозу дело новое, а изучение и прогнозирование продуктивности новых сортов растения-хозяина на ранних этапах селекции предполагает анализ сложной взаимосвязанной системы признаков, состоящей из целого ряда случайных величин. Во многих естественно-научных и технических дисциплинах можно спланировать эксперимент так, чтобы изменился только один фактор. В противоположность этому селекция гороха на повышение симбиотической активности зависит от множества взаимодополняющих признаков или факторов. Изучение корреляций наглядно показало, что некоторые признаки проявляют сильную зависимость друг от друга, другие же совершенно не взаимосвязаны или независимы. Используя факторный анализ нами из матрицы межгенотипических корреляций было выделено четыре фактора (I, II, III, IV), дающие объяснение корреляциям между анализируемыми признаками (табл. 19) и выявляющие в сумме 85,18% общей дисперсии.
Таблица 19 – Факторные нагрузки 17 признаков сортообразцов гороха, Орел, 1988 г.
| Признаки и показатели | Главные факторы | |||
| Z1 | Z2 | Z3 | Z4 | |
| Длина стебля, см | 0,072 | -0,263 | 0,032 | -0,080 |
| Число непродуктивных узлов на растении, шт. | 0,219 | -0,192 | 0,174 | -0,119 |
| Число продуктивных узлов на растении, шт. | 0,212 | 0,347 | -0,062 | 0,188 |
| Число бобов на растении, шт. | -0,038 | -0,365 | -0,209 | -0,067 |
| Число бобов на продук. узел, шт. | 0,012 | -0,096 | -0,013 | 0,899 |
| Высота прикрепления первого боба, см | -0,579 | -0,310 | 0,172 | -0,053 |
| Число семян с растения, шт. | 0,564 | 0,366 | 0,667 | 0,132 |
| Масса семян с растения, г. | -0,477 | -0,049 | -0,041 | -0,117 |
| Масса 1000 семян, г. | 0,255 | -0,015 | 0,212 | 0,078 |
| Масса сухого растения, г. | -0,077 | 0,276 | -0,243 | -0,086 |
| Кхоз. | -0,379 | 0,116 | -0,196 | 0,153 |
| Отношение массы сухого растения /длине стебля | 0,027 | 0,311 | -0,196 | -0,166 |
| Масса клубеньков, мг/растение | 0,188 | -0,409 | -0,249 | -0,151 |
| Число клубеньков на растении, шт. | -0,109 | 0,117 | -0,107 | -0,040 |
| Нитрогеназная активность, мкг N2 раст./час | -0,197 | 0,304 | -0,396 | 0,095 |
| Зеленая масса, г/растение | -0,317 | 0,076 | 0,226 | 0,079 |
| Сухая масса, г/растение | 0,022 | 0,837 | 0,157 | -0,068 |
| Информативность фактора | 55,64% | 18,11% | 8,27% | 5,16% |
Первый фактор отражает противоположность признаков, характеризующих элементы продуктивности растений и признаков, характеризующих продолжительность вегетативного периода и интерпретируется как мера вегетативного роста; второй служит показателем симбиотической азотфиксации растений в период начала генеративного развития растений гороха; третий является мерой деятельности репродуктивного периода – формирования семян; четвертый - мерой деятельности растения в период формирования бобов.
Эти данные позволили нам выделить четыре признака, на которые падают основные факторные нагрузки: число семян с растения; сухая масса растения; число бобов на продуктивный узел; число продуктивных узлов на растении.
Следовательно, при моделировании будущего сорта селекционеру, прежде всего, следует обратить внимание на эти четыре признака и на их основе подбирать компоненты для скрещивания.
Расположение исходных родительских сортов и форм в системе координат главных факторов дает представление о группировке изученных генотипов с учетом комплекса признаков. В 1988 году вблизи фактора + Z1 располагались короткостебельные сортообразцы с мелкими семенами, в противоположном направлении - короткостебельные сортообразцы с более крупными семенами, обладающией высокой продуктивностью. Сорта Норд и Битюг располагались особой группой. Именно они и представляют определенный интерес как исходный материал в селекции высокоэффективных партнеров по симбиозу.
Подбор родительских пар для скрещивания на основе евклидова расстояния при межсортовой гибридизации гороха. Ранее нами (Наумкина, 1984) была показана возможность использования количественной оценки степени сходства или различия между сортами на основании многомерной статистики с целью подбора родительских пар для гибридизации. Наиболее приемлемым для селекционно-генетических исследований является евклидово расстояние (d), что объясняется его высокой разрешающей способностью и относительной простотой вычисления. Вероятность получения высокопродуктивного гибридного потомства больше при скрещивании между собой сортообразцов менее удаленных друг от друга в факторном пространстве (Наумкина, 1984, 1987), Если принимать во внимание то, что сорта в факторном пространстве располагаются в соответствии с их нормой реакции на условия внешней среды, то скрещивание сортообразцов со сходным типом коадаптированных генов приводит, по-видимому, к формированию сбалансированных генотипов и наоборот. Исходя из этого положения следует, что наиболее перспективными, обладающими высокой семенной продуктивностью будут следующие комбинации сортообразцов из Афганистана с европейскими сортами: л.2150 х Норд, к-6559 х Норд, л. 48.1 х Орловчанин, к-6559 х Демон, л. 37-1 х Смарагд, л.2150 х Битюг, к-6559 х Битюг.
Селекция гороха на повышение симбиотической активности. С целью создания новых высокопродуктивных форм гороха, обладающих повышенной симбиотической активностью была разработана и осуществлена селекционная программа «Симбиоз», предусматривающая:
- перевод лучших коммерческих и перспективных сортов и линий гороха на «афганскую» основу и выделение новых генотипов, вступающих в эффективный симбиоз со штаммами клубеньковых бактерий, несущими на симбиотической плазмиде ген nodX;
- создание исходного материала, вступающего в эффективный симбиоз с местными и производственными штаммами ризобий и обладающего высокой продуктивностью.
Проведенные в 1993 году скрещивания позволили получить серию гибридов, где в качестве одного из родительских компонентов использовались линии Норд sym2 sym2, Битюг sym2 sym2 и Демон sym2 sym2. Отбор генотипов, сочетающих повышенную семенную продуктивность с симбиотической активностью, позволил создать сорт Юниор (Битюг sym2 Орловчанин 2), представляющий собой популяцию, состоящую из 60% растений с генотипом Sym2Sym2 и 40% растений с генотипом sym2 sym2 (рис.6).
Битюг sym2 Орловчанин 2
F1 Размножение
F2 Отбор генотипов, устойчивых к местным и
производственным штаммам Rhizobium
leguminosarum bv. viciae
F3 Отбор генотипов, устойчивых к местным и
производственным штаммам Rhizobium
leguminosarum bv. viciae
F4 Отбор высокопродуктивных генотипов,
вступающих в эффективный симбиоз с
штаммами Rhizobium leguminosarum bv. viciae
типа А-1
Отбор и изучение в селекционных питомниках
Конкурсное сортоиспытание
Государственное сортоиспытание
Рис.6. Схема создание высокопродуктивного, обладающего повышенным симбиотическим потенциалом сорта гороха Юниор.
Сорт Юниор относится к группе среднеспелых сортов с продолжительностью вегетационного периода 76…79 суток. Растения среднерослые – высота стебля 85 см. Семена желтые, округлые, неосыпающиеся. Растения формируют 5 – 6 продуктивных узлов и образуют 2-3 боба на продуктивный узел. Цветки белые. Характеризуется стабильной урожайностью, как в обычные годы, так и в годы с жаркой погодой. Средняя урожайность за годы конкурсного сортоиспытания составила 4,45 т\га, что на 0,9 т/га больше, чем у стандарта Орловчанин. Максимальная урожайность 7,5 т/га получена в 2001 году в КСИ. Масса 1000 семян 230 – 240 г. Содержание белка в семенах 24-26%.
Сорт относительно устойчив к полеганию и к корневым гнилям. Отличается повышенной азотфиксирующей способностью при инокуляции семян нитрагином на основе штаммов ризобий типа А-1.
Сорт Юниор рекомендуется для возделывания как в Центрально Черноземном регионе, так и в Краснодарском, Ставропольском краях, Ростовской области.
Обязательным агротехническим приемом при возделывании сорта является предпосевная инокуляция семян штаммами ризобий типа А-1.
Проходит государственное сортоиспытание с 2004 года.
Создание сортов гороха отзывчивых на «тройной» симбиоз. В настоящее время у бобовых растений выявлена единая система развития бобово-ризобиального симбиоза и арбускулярной микоризы, которая имеет много общих элементов с системами защиты растений от патогенов и является основой растительно-микробного континуума. Поэтому повысить эффективность симбиотических систем зернобобовых культур можно путем использования двойной инокуляции (ризобии + грибы арбускулярной микоризы).
В 1997 году были проведены скрещивания высокопродуктивных отечественных и зарубежных сортов с высокоотзывчивым на двойную инокуляцию сортообразцом к-8274 (Франция). После серии насыщающих скрещиваний и отбора в F4 гибридном поколении генотипов, наиболее отзывчивых на одновременную инокуляцию грибами и клубеньковыми бактериями был выделен сорт Триумф (Classic х к-8274) (рис.7).
(k-8274 x>
B5 F1 Размножение
B5 F2 Разделение популяции на листочковые и усатые
морфотипы на фоне двойной инокуляции
Rhizobium leguminosarum bv. viciae +Glomus sp.
В5 F3 Разделение популяции на листочковые и усатые
морфотипы на фоне двойной инокуляции
Rhizobium leguminosarum bv. viciae +Glomus sp.
F4 Отбор генотипов, формирующих высокую
продуктивность на фоне двойной инокуляции
Rhizobium leguminosarum bv. viciae +Glomus sp.
Отбор и изучение в селекционных питомниках
Конкурсное сортоиспытание
Государственное сортоиспытание
Рис.7. Схема создания высокопродуктивного, отзывчивого на одновременную инокуляцию штаммами Rhizobium leguminosarum bv. viciae +Glomus sp. сорта гороха Триумф
Посев сорта Триумф с одновременной микоризацией семян на фоне их инокуляции ризобиями обеспечивал получение наиболее высокой семенной продуктивности – 6,12 +0,33 г/растение.
В среднем за годы изучения сорт гороха Триумф показал высокий урожай зерна как в контрольном варианте, так и в варианте с двойной инокуляцией (соответственно 4,50 ц/га и 4,92 т/га, превысив по урожайности стандартные сорта Орловчанин и Норд.
Новый сорт гороха Триумф среднеспелый с продолжительностью вегетационного периода составляет 76…79 суток, среднерослый – высота стебля 88 - 92 см. Растения имеют усатый тип листа. Семена желтые, угловатые, осыпающиеся. Растения формируют 5 – 6 продуктивных узлов и образуют 2-3 боба на продуктивный узел. Цветки белые. Характеризуется стабильной урожайностью, как в нормальные годы, так и в годы с жаркой погодой. Средняя урожайность за годы конкурсного сортоиспытания составила 4,50 т/га, что на 0,36 т/га больше, чем у стандарта Орловчанин и на 0,34 т/га больше, чем у стандарта Норд. Максимальная урожайность 6,2 т/га получена в 2003 году в КСИ. За годы производственного сортоиспытания (2005-2006 гг.) на Северо-Кубанской СХОС средняя урожайность семян составила 4,20 т/га. Масса 1000 семян 240 – 250 г. Содержание белка в семенах 24-26%. Сорт устойчив к полеганию и относительно устойчив к корневым гнилям. Отличается повышенной отзывчивостью на одновременную инокуляцию штаммами ризобий и грибов арбускулярной микоризы.
Сорт рекомендуется для возделывания в Центрально Черноземном регионе, Краснодарском, Ставропольском краях, Ростовской области.
Обязательным агротехническим приемом при возделывании сорта является предпосевная инокуляция семян штаммами ризобий и грибов арбускулярной микоризы.
Новый сорт гороха Триумф передан на Государственное сортоиспытание в 2006 году.
ВОЗДЕЛЫВАНИЕ НОВЫХ СОРТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ
Экономическая эффективность возделывания новых сортов гороха.
Анализ экономической эффективности производства зерна гороха сортов Юниор и Триумф показал, что минимальная себестоимость 1 ц зерна (160,5 руб. и 187,6 руб.) отмечена соответственно при предпосевной инокуляции семян штаммом клубеньковых бактерий А-1 и двойной инокуляции семян грибами арбускулярной микоризы и клубеньковыми бактериями, что обеспечило повышение рентабельности производства соответственно на 54,2% и 71,3% по сравнению с контрольным вариантом без обработки.
Максимальный чистый доход производства зерна гороха сортов Юниор (11,40 руб/га ) и Триумф (10,47 руб/га) установлен соответственно при предпосевной инокуляции семян штаммами ризобий типа А-1 и двойной инокуляции.
Биоэнергетическая оценка сортов гороха. Критерии экономической эффективности не отражают в полной мере всего процесса функционирования агроэкосистем с позиции агроэкологии. Требованиям основного экономического закона соответствует критерий минимизирующий совокупные затраты живого и овеществленного труда на производство общественно необходимого объема продукции. В качестве отраслевого критерия оптимизации используются показатели прибыли, - производное от затрат и стоимости реализованной продукции. В таких расчетах отмечается несколько независимых переменных, что снижает объективность оценки. Кроме того, за пределами системы оценок остается энергетический ресурс использования минеральных удобрений и микробиологических препаратов.
Анализ биоэнергетической эффективности гороха Юниор показал, что содержание энергии в урожае зерна варьировало от 38033 МДж/га в контроле до 53601 МДж/га при инокуляции семян штаммом ризобий А-1. При этом значение затрат совокупной энергии на производство изменялось от 13717,3 МДж/га (контроль) до 22294,1 МДж/га (инокуляция штаммом ризобий А-1). Энергетический коэффициент был максимальным – 1,87 – при внесении в почву минеральных удобрений в дозе N45P30К60 что на 0,15 выше, чем у контроля.
Максимальное значение приращения энергии при производстве зерна гороха сорта Триумф – 58554 МДж/га – наблюдалось при двойной инокуляции грибами арбускулярной микоризы и клубеньковыми бактериями, что свидетельствует о высоком уровне воспроизводства продукции. Минимальное значение энергоемкости продукции – 8884,2 МДж/га – наблюдалось при двойной инокуляции семян.
На основе изучение энергетической эффективности производства зерна гороха было установлено, что для сорта Юниор менее энергозатратным являлся вариант с инокуляцией семян перед посевом клубеньковыми бактериями, зерна, а для сорта Триумф – вариант с двойной инокуляцией семян штаммами эндомикоризных грибов и клубеньковых бактерий, позволяющие получать в производственных условиях в среднем 3,03 и 3,31 т/га зерна.
Таким образом, с точки зрения экономической и энергетической оценки, использование сортов, отзывчивых на моно- и двойную инокуляцию полезными симбиотическими организмами является экономически выгодным, так как позволяет не только экономить производственные ресурсы, но и получать экологически чистую продукцию, что в свою очередь способствует укреплению продовольственной безопасности страны.
ВЫВОДЫ
1. Установлено, что в ходе селекции растений в рамках главенствующей доктрины интенсивного растениеводства (50-е – 80-е годы прошлого века), способность бобовых растений к установлению взаимовыгодных симбиотических взаимоотношений существенно не улучшилась, однако среди современных сортов имеются генотипы, как с высоким, так и с низким уровнем симбиотического потенциала.
2. В результате проведенного скрининга более 800 коллекционных образцов гороха по эффективности взаимодействия с ризобиями и микоризными грибами установлено, что формирование семенной продуктивности и биомассы растения у гороха является не только результатом функционирования корневой системы и ассимиляционной деятельности фотосинтезирующих тканей, но и сложных взаимодействий с полезной почвенной микрофлорой.
3. Установлен характер изменчивости показателей симбиотической азотфиксации у гороха и закономерности их наследования при одновременной инокуляции клубеньковыми бактериями и микоризными грибами, свидетельствующие о преобладании аддитивного действия генов в наследовании массы сухого растения и числа клубеньков на растении.
4. Генетический анализ широкого спектра сортообразцов гороха по признакам продуктивности и симбиотической эффективности на фоне двойной инокуляции выявил значительные возможности в улучшении этих показателей путем рекомбинации генов, контролирующих число клубеньков на корнях растений, нитрогеназную активность и массу сухого растения.
5. Гетерозис по признакам симбиотической эффективности у растений гороха проявляется дискретно и в зависимости от комбинации скрещивания может быть выражен по большинству или только по отдельным признакам; наиболее часто гибриды превосходят родительские формы по числу клубеньков, массе сухого растения и семенной продуктивности, реже- по нитрогеназной активности.
6. Разработана методика создания высокопродуктивных генотипов гороха, отзывчивых на штаммы клубеньковых бактерий и микоризных грибов.
7. С использованием многократных насыщающих скрещиваний и отбора устойчивых к местным и производственным штаммам клубеньковых бактерий 250а создана серия не имеющих мировых аналогов изолиний гороха (Норд sym2, Битюг sym2, Демон sym2), которые сохранили комплекс хозяйственно-ценных признаков исходных родительских сортов и при предпосевной инокуляции штаммами клубеньковых бактерий, обладающими генами nodX или nodZ, повышают урожайность семян на 15…57%, а также надземную массу растений, содержание фиксированного азота в урожае и нитрогеназную активность.
8. На основе известных и собственных теоретических разработок созданы сорта гороха Юниор и Триумф, обладающие высоким симбиотическим потенциалом, которые проходят Государственное сортоиспытание.
9. Обязательным агротехническим приемом возделывания новых сортов гороха с высоким симбиотическим потенциалом в Центральном, Центрально-Черноземном регионах, Краснодарском, Ставропольском краях, Ростовской области является предпосевная инокуляция семян штаммами ризобий и грибов арбускулярной микоризы.
10. Выявлено, что использование сортов, отзывчивых на моно- и двойную инокуляцию полезными симбиотическими микроорганизмами является экономически выгодным, позволяющим экономить производственные ресурсы и получать экологически чистую продукцию.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Рекомендуется создавать новые сорта гороха, отзывчивые на инокуляцию штаммами ризобий или двойную инокуляцию (штаммами ризобий и грибов арбускулярной микоризы).
2. Основными критериями отбора при симбиотической селекции могут служить масса сухого растения, число семян, бобов, продуктивных узлов на растении, масса 1000 семян.
3. В качестве исходного материала при создании высокоурожайных сортов с повышенной активностью симбиотической азотфиксации рекомендуются следующие источники хозяйственно-ценных признаков: Торсдаг, Битюг, Rondo, Finale; к-8274 (Франция), к-7128 (Россия), к-925 (США), к-1693 (Великобритания) и Триумф (Россия).
4. Для возделывания в условиях Центрально-Черноземного, Центрального и Северо-Кавказского регионов рекомендуются новые сорта гороха Юниор и Триумф обладающие повышенной урожайностью в сочетании с высокой отзывчивостью на инокуляцию ризобиями и двойную инокуляцию (ризобиями и микоризными грибами).
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Наумкина, Т.С. Создание новых сортов гороха – резерв увеличения производства растительного белка в Нечерноземной зоне /Т.С. Наумкина //Географические аспекты реализации Продовольственной программы СССР /Сб. школы – семинара. – Москва: МГУ. – 1986. – Деп. Во ВНИИТИ. – С. 87-90
2. Наумкина, Т.С. Сорта зерновых бобовых культур на полях Орловской области /Т.С. Наумкина, М.Д. Варлахов //Интенсивные индустриальные технологии на полях колхозов и совхозов – Орел. – 1986. – С. 16-21
3. Наумкина, Т.С. Оценка комбинационной способности гороха в системе диаллельных скрещиваний /Т.С. Наумкина //Научно – технический бюллетень ВНИИЗБК. – Орел. – 1986. - № 35. – С.19-21
4. Наумкина, Т.С. Гетерозис у гибридов гороха /Т.С. Наумкина //Селекция и семеноводство зернобобовых культур. – Орел: ВНИИЗБК. – 1987. – С.10-14
5. Наумкина, Т.С. Диаллельный анализ количественных признаков гороха /Т.С. Наумкина //Селекция и семеноводство зернобобовых культур. – Орел: ВНИИЗБК. – 1987. – С.15-26
6. Наумкина, Т.С. Сравнительное изучение эффективности подбора родительских пар у гороха /Т.С. Наумкина /Тезисы докладов У съезда ВОГиС им. Н.И.вавилова. – Москва. – 1987. –Ч.2.-Т.4. –С.46-47
7. Наумкина, Т.С. Новый сорт гороха «Зубр» /Т.С. Наумкина, В.П. Наумкин //Информационный листок № 293-88. –Орел:ЦНТИ. – 1988
8. Наумкина, Т.С. Изменчивость основных хозяйственно полезных признаков у гороха /Т.С. Наумкина //Сб. научных трудов по прикладной ботанике, генетике и селекции ВИР. – Т.117. – 1988. – С. 121-125
9. Наумкина, Т.С. Селекция гороха на устойчивость к корневым гнилям /Т.С. Наумкина, М.Д. Варлахов //IХ Всесоюзное совещание по иммунитету растений к болезням и вредителям /Тезисы докладов. – Минск. – Т.1. – 1991. – С.87
10. Наумкина, Т.С. Создание изогенных линий гороха комплементарных штаммам клубеньковых бактерий типа А-1 /Т.С. Наумкина /Тезисы У1 съезда ВОГиС им. Н.И.Вавилова. – Минск. – Ч.2. – 1992. – С.86
11. Наумкина, Т.С. Создание исходного материала для селекции гороха с повышенной эффективностью азотфиксации /Т.С. Наумкина, И.Ф. Орлова //Аграрная наука – производству /Тезисы докладов научно – практической конференции Самарского НИИСХ 15-16 июня 1993 г. – Безенчук. – 1993. – С.103
12. Наумкина, Т.С. Создание линий гороха, устойчивых к корневым гнилям /Т.С. Наумкина, М.Д. Варлахов//Аграрная наука – производству /Тезисы докладов научно – практической конференции Самарского НИИСХ 15-16 июня 1993 г. – Безенчук. – 1993. – С.103
13. Наумкина, Т.С. Создание и изучение изогенных линий гороха /Т.С. Наумкина, И.Ф. Орлова //Биологические основы интенсивного растениеводства/Материалы научной конференции. – Орел. – 1993. – С. 75-76
14. Наумкина, Т.С. Анализ аллельности генов устойчивости к клубенькообразованию у афганских форм гороха /Т.С. Наумкина //Биологические основы интенсивного растениеводства/Материалы научной конференции. – Орел. – 1993. – С.77 – 78
15. Наумкина, Т.С. Интрогрессия гена sym 2 в генотип сорта гороха Норд /Т.С. Наумкина, В.Л. Яковлев, С.Н. Агаркова [и др.] //Генетика. Т.30. Приложение. – 1994. – С.107-108
16. Naumkina, T.S. Monitoring of bacterial symbiotic genes in soil under the influence of host plants / T.S. Naumkina, I.A. Tikhonovich, O.A. Kulikova [et.al.] //International conference “NiITROGENFIX –94”.-Segesh. – Hungary. – 1994
17. Naumkina, T.S. Production of Ecologically pure vegetational protein / T.S. Naumkina, A.N. Fesenko //International Conference “Biotechnology St Peterburg-94, september 21 – 23. – 1994”
18. Наумкина, Т.С. Пути повышения азотфиксирующей способности гороха /Т.С. Наумкина, Л.И. Чернова, А.М. Косоротов Внедрение достижений науки в сельскохозяйственное производство и учебный процесс в условиях перехода к рыночной экономике. – Орел. – 1995. – С. 68-70.
19. Naumkina, T.S. Ways of Improvement of Nitrogen Fixation /T.S. Naumkina, G.P. Guryev //10th International Congress of Nitrogen Fixation. – St. Petersburg. – Russia. –May 28 – June 3 1995. - St. Peterburgs. – 1995. – p.713
20. Наумкина, Т.С. Контроль за поведением штамма Rhizobium leguminozarum bv. Viciae А-1 в почве /Т.С. Наумкина, О.А. Куликова, А.Н. Фесенко [и др.] //9-ый Баховский коллоквиум по азотфиксации. – Пущино. – 1995. – С.11
21. Naumkina, T.S. Pea Plant as a Toll for the search a single / O.A. Kulikova. T.S. Naumkina, K.V. Ushakov [et.al.] //Proc. of 10 th. International Congress on Nitrogen Fixation. – St. Peterburgs. – Russia. – May 28 – June 3 1995. – Dordrescht. – Boston:London. – 1995. – P. 714
22. Naumkina, T.S. Improvement of nitrogen Fixation in pea (Pisum sativum L.) /T.S. Naumkina //Proc. of 10 th. International Congress on Nitrogen Fixation. – St. Peterburgs. – Russia. – May 28 – June 3 1995. – Dordrescht. – Boston:London. – 1995. – P. 700
23. Наумкина, Т.С. Создание линий гороха с интрогрессированными генами устойчивости к местным и районированым штаммам клубеньковых бактерий /Т.С. Наумкина, И.Ф. Орлова / Тезисы докладов на научно-практическом и координационном совещании. – Орел. 1-3 марта 1994 г. – Орел. –1995. С. 9-11
24. Naumkina, T.S. Molecular Genetic of Rhizobium leguminosarum bv. Viciae strain A-1 and its derivatives / O. Кulikova, N. Makarova, T. Naumkina [et.al.] //Proc. of 2 rd. European Nitrogen Fixation Cjnference /Scientific Publishers OWN. – Poznan. – 1996. – P.123
25. Наумкина, Т.С. Селекция гороха на повышение симбиотической азотфиксации /Т.С. Наумкина // Информационный листок № 29-97. – Орел:ЦНТИ. – 1997. – 3 с.
26. Наумкина, Т.С. Повышение симбиотической азотфиксации гороха путем селекции /Т.С. Наумкина Селекция, семеноводство и технология производства гречихи. – Вып. 9. – Черновцы: Буковина. – 1997. – С. 282 – 287
27. Наумкина, Т.С. Селекционная программа «Симбиоз» /Т.С. Наумкина, Т.С. Титенок, О.А. Куликова [и др.] //Теоретические и прикладные проблемы генетики, селекции и семеноводства зерновых культур. – Немчиновка. – 1998. – С.54
28. Naumkina, T.S. Symbiotic Nitrogen fixation Efficiency increase for Pea /T.S. Naumkina, A.G.Vasilchikov, V.L.Yakovlev [et.al.] //Proc. of 3 rd European Nitrogen Fixation Conference of Grain Legumes. – Valladolid. – Spain. – 1998. – P. 409-410
29. Naumkina, T.S. Improvement of Pea Varieties by Introgression of Genes af, def, deh and sym2 / V.L.Yakovlev, T.S. Naumkina /EUCARPIA. – International symposium on Breeding of Protein and Oil Crops. – Spain. – Pontevadra. – 1998. – P.41-42
30. Наумкина, Т.С. Повышение эффективности симбиотической азотфиксации гороха /Т.С. Наумкина, А.Г. Васильчиков, В.Л. Яковлев [и др.] // Вiстник Полтавского державного сильскогосподарского Iнституту. – Вып. 9. – 1999. – С.14-16
31. Наумкина, Т.С. Генотипические особенности роста растений гороха в онтогенетическом и экологическом градиентах /В.Л. Яковлев, С.Н. Агаркова, Р.В. Беляева [и др.] // Генетика и селекция растений. – Орел. – 1999. – С.39-40
32. Наумкина, Т.С. Анализ аллельности генов устойчивости к клубенькообразованию /Т.С. Наумкина, В.Л. Яковлев, О.А. Куликова //Науковi основи стабiлiзацii вироництва продукцii рослинництва. – Харкiв. – 1999. – С.162-163
33. Наумкина Т.С., Яковлев В.Л., Куликова О.А. Изучение взаимодействия линии гороха Норд sym2sym2 и системы клубеньковых бактерий А-I /Т.С. Наумкина, В.Л. Яковлев, О.А. Куликова //Физиология растений – основа рационального земледелия.- М. 1999.- с. 11-13
34. Naumkina, T.S. Pea Breeding to improve effectiveness of symbiotic Nitrogen Fixation //Pisum sativum – a Tool for Studying Plant – Microbe Interaction /T.S. Naumkina, V.L. Yakovlev, T.S. Titenok [et.al.] /Proc. of 22 nd EUCARPIA Fodder Crops and Amenity Grasses Section Meeting (October 12-21 1999, St. Petersburg). – St. Petersburg. –1999. – P. 254-255
35. Naumkina, T.S. Pea breeding to improve effectiveness of symbiotic nitrogen fixation /T.S. Naumkina, V.L. Yakovlev, T.S. Titenok [et.al.] //Pisum Genetics. – 1999. - V.31.-P. 50-51
36. Наумкина, Т.С. Создание и оценка исходного материала гороха на повышение симбиотической эффективности /Т.С. Наумкина, В.Л. Яковлев, В.П. Орлов [и др.] /Тезисы докладов 111 съезда ВОГиС. – Т.1. – Санкт-Петербург. – 2000. –С.293
37. Naumkina, T.S. Ecological and ontogenetical aspects of expression of the genes af, def and deh of pea / T.S. Naumkina, S.N. Agarkova, V.L. Yakovlev [et.al.] //Vortrage fur Pflanzenzuchtung.- Mendel Centenary Congress 5 GPZ-Tagung.- Brno.- Gzach Republic. - H. 47.- 10.- 2000.-Р. 185
38. Наумкина, Т.С. Полиморфизм форм гороха посевного по эффективности симбиоза с эндомикоризным грибом Glomus sp. в условиях инокуляции ризобиями / Л.М. Якоби, А.С. Кукалев, К.В. Ушаков [и др.] //Сельскохозяйственная биология. - № 3. – 2000. – С.94-101
39. Наумкина, Т.С. Симбиотическая эффективность гороха /Т.С. Наумкина, А.Ю. Борисов, В.В. Наумкин //Продукционный процесс сельскохозяйственных культур. – Орел: ОрелГАУ. – Ч.3. – 2001. – С. 66-70
40. Наумкина, Т.С. Комбинационная способность сортов и линий гороха (Pisum sativum L.) по симбиотическим признакам / Т.С. Наумкина, В.Л. Яковлев, Т.С. Титенок //Вопросы физиологии, селекции и технологии возделывания сельскохозяйственных культур. – Орел: Орелиздат. – 2001. – С. 128-133
41. Наумкина, Т.С. Структура популяции Fusarium oxysporum f. рisi. – основного патогена корневых гнилей гороха /Л.И. Ларионова, Е.Ф. Азарова, Т.С. Наумкина [и др.] //Вопросы физиологии, селекции и технологии возделывания сельскохозяйственных культур. – Орел: Орелиздат. – 2001. – С. 128-133
42. Наумкина, Т.С. Каталог мировой коллекции ВИР /А.Ю. Борисов, В.Е. Цыганов, О.Ю. Штарк [и др.]. – Вып. 728.- Горох. – 2002.-25 с.
43. Наумкина, Т.С. Создание и оценка исходного материала гороха посевного для селекции на повышение симбиотической активности / Т.С. Наумкина, Т.С. Титенок, В.Л. Яковлев [и др.] //Сельскохозяйственная биология. - № 3. – 2002.- С. 96-99
44. Наумкина, Т.С. Инокуляция гороха посевного (Pisum sativum L.) грибами арбускулярной микоризы и клубеньковыми бактериями для повышения продуктивности растений /Т.С. Наумкина, А.Ю. Борисов, А.Г. Васильчиков [и др.] // Пути повышения эффективности сельскохозяйственной науки /Материалы Всероссийской научно-практической конференции 14-16 июля 2003 г. Орел.- 2003. – С. 124 – 130
45. Naumkina, T.S. Pea (Pisum sativum L.) genes implicated in development of symbiotic compartments in nitrogen-fixing nodules and arbuscular mycorrhiza /A.Y. Borisov, V.A. Voroshilova, V.E. Tsyganov [et.al.] / Vol. of 11-th International Congeess on Molecular Plant-Microbe Interactions. – St. Peterburgs, Russia.- July 18-26 2003. – P.59
46. Naumkina, T.S. Pea breeding for increased efficiency of symbiosis with Rhizobium and endomycorrhizal fungi /T.S. Naumkina., A.G. Vasiltchikov, V.P.Orlov [et.al.] / Vol. of 11-th International Congeess on Molecular Plant-Microbe Interactions. – St. Peterburgs, Russia.- July 18-26 2003. – P.346
47. Naumkina, T.S. Highly beneficial plant-microbe system for sustainable agriculture /T.N. Danilova, O.Y. Shtark, V.E. Tsyganov [et.al.] / Vol. of 11-th International Congeess on Molecular Plant-Microbe Interactions. – St. Peterburgs, Russia.- July 18-26 2003. – P.346
48. Naumkina, T.S. Pea (Pisum sativum L.) regylatory genes controlling development of nitrogen-fixing nodules and arbuscular mycorrhiza /A.Y. Borisov, V.A. Voroshilov, V.I. Zhukov [et.al.] // Biology of Plant-Microbe Interfctions. – St. Paul, Minnesota, Usa – St. Peterburgs, Russia. – 2003. – V.4. – P. 502-505
49. Naumkina, T.S.. A new pea (Pisum sativum L.) cadmium tolerant mutant is a unique tool for studying moleculfr plant-microbe interactions under cadmium stress / V.E. Tsyganov, A.A. Belimov, V.I. Safronova [et.al.] // Biology of Plant-Microbe Interfctions. – St. Paul, Minnesota, Usa – St. Peterburgs, Russia. – 2003. – V.4. – P. 506-509
50. Наумкина, Т.С. Инокуляция гороха посевного (Pisum sativum L) грибами арбускуряной микоризы и клубеньковыми бактериями для повышения продуктивности растений /Т.С. Наумкина, А.Ю. Борисов, А.Г. Васильчиков [и др.] // Пути повышения эффективности сельскохозяйственной науки /Материалы Всероссийской научно-практической конференции 14-16 июля 2003 г. – Орел, 2003. – С. 124-131
51. Наумкина, Т.С. Эффективность использования совместной инокуляции гороха посевного грибами арбускулярной микоризы и клубеньковыми бактериями /А.Ю. Борисов, Т.С. Наумкина, О.Ю. Штарк [и др.] //Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - № 2. – 2004. – С. 12-14
52. Наумкина, Т.С. Использование генетических методов в изучении зернобобовых и крупяных культур /Т.С. Наумкина, В.Л. Яковлев, С.Н. Агаркова [и др.] // Научное обеспечение производства зернобобовых и крупяных культур /Сборник научных трудов. – Орел. – 2004. – С.38 – 47
53. Наумкина, Т.С. Растительно-микробные взаимодействия и их практическое значение /А.Ю. Борисов, О.Ю. Штарк, Т.С. Наумкина [и др.] // Пути повышения устойчивости сельскохозяйственного производства в современных условиях /Материалы Всероссийской научно-практической конференции 13-15 июля 2005 г. – Орел. – 2005. – С.325-348
54. Наумкина, Т.С. Инновационная деятельность по внедрению наукоемкой продукции в растениеводстве /В.И. Зотиков, Т.С. Наумкина Социально-экономические преобразования в аграрном секторе региона: Итоги и перспективы. Материалы Международной научно-практической конференции.- Ч. 2.–Орел, 2005
55. Наумкина, Т.С. Пути повышения устойчивости сельскохозяйственного производства в современных условиях /Н.В. Парахин, В.И. Зотиков, М.Н. Кузнецов [и др.] //День поля России.– Орел: Орловский научно-образовательный комплекс, 2005.–58 с.
56. Наумкина, Т.С. Улучшение симбиотической эффективности гороха /Т.С. Наумкина, И.И. Соловов, В.В. Наумкин // Регуляция продукционного процесса сельскохозяйственных растений: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Орел, 2005. - Ч.1,- С.102-105
57. Наумкина, Т.С. Оценка исходного материала гороха посевного (Pisum sativum L.) для селекции на повышение эффективности симбиотической азотфиксации / Т.С. Наумкина, И.И. Соловов, В.В. Наумкин [и др.] // Регуляция продукционного процесса сельскохозяйственных растений: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Орел, 2005. - Ч.2,- С.103-109
58. Наумкина, Т.С. Повышение эффективности симбиотических систем гороха /Т.С. Наумкина, И.И. Соловов, В.В. Наумкин [и др.] //110 лет Шатиловской сельскохозяйственной опытной станции 1896-2006. - Орел: Картуш. - 2006. - С.55-62
59. Наумкина, Т.С. Современное состояние отрасли зернобобовых и крупяных культур в России /В.И. Зотиков, Т.С. Наумкина, В.С. Сидоренко // Вестник ОрелГАУ. - Орел, 2006. - №1. - С.14-17
60. Наумкина, Т.С. Анализ исходного материала гороха посевного (Pisum sativum L.) для селекции сортов с высоким симбиотическим потенциалом и выбор параметров для его оценки / А.Ю. Борисов, О.Ю. Штарк, Т.Н. Данилова [и др.] //Экологическая генетика. - 2006. - Т.4. №5. - С.36-41
61. Наумкина, Т.С. Создание и использование в селекции гороха источников высокой симбиотической эффективности /Т.С. Наумкина, С.Н. Агаркова, Р.В. Беляева //Научные труды МСХА- РГАУ им. К.А. Тимирязева. Вып. 279. - Москва, 2006. - С. 124-127
62. Наумкина, Т.С. Регуляторные гены гороха посевного (Pisum sativum L.), контролирующие развитие азотфиксирующих клубеньков и арбускулярной микоризы: фундаментальные и прикладные аспекты / А.Ю. Борисов, Т.Н. Данилова, Т.А. Королева [и др.] //Прикладная биохимия и микробиология. - 2007. - Т.43.- №3.- С. 237-243
64. Наумкина, Т.С. Симбиотическая эффективность генотипов гороха с различным комплексом рецессивных генов /Т.С. Наумкина, С.Н. Агаркова, Р.В. Беляева [и др.] //Аграрная наука. - 2007. - №5. – С. 32-34
64. Naumkina, T.S Tripartite symbiotic system of pea (Pisum sativum L.): applications in sustainable agriculture /A.Y. Borisov, T.N. Danilova, O.Y. Shtark [et.al.] /15th Intarnational Congress on Nitrogen Fixation and 12 International Conference of the African Association for Biological Nitrogen Fixation. - 2007, Cape Town, South Africa. - P. 13
65. Наумкина Т.С. Генетическая система растений для взаимодействия с полезной почвенной микрофлорой /А.Ю. Борисов, Т.Н. Данилова, О.Ю. Штарк [и др.] //The Fourth Moscow Congress Biotechnology: state of the art and prospects of development / -March 12-16, 2007
66. Авторское свидетельство № 40443 на сорт люпина узколистного Орловский сидерат от 27.01.2006 г.
