Агробиология зерновых культур. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья научная
Необходимое свойство биопрепаратов - сохранение биологической активности в изменяющихся природных условиях, в почвах разного физико-химического состава, с разной степенью плодородия и значениями рН. Актиномицеты из экстремальных мест обитания способны вырабатывать биологически активные вещества не только в нейтральных условиях, но также в соленой, щелочной и кислой среде, чем определяется их значимость в составе биопрепаратов, разрабатываемых для растениеводства. Нашей целью было исследование антагонистических свойств штамма Streptomyces sp. К-541, выделенного из экстремальных экосистем в Казахстане, против грибных патогенов зерновых культур в разных экологических условиях и групповая идентификация полученного антибиотика. Штамм К-541 выращивали в нейтральных и альтернативных условиях (25,0 г/л NaCl, рН 7,2; 2,5 г/л Na2CO3, рН 8,0). Антифунгальные свойства определяли методом агаровых блоков в отношении возбудителей основных грибных заболеваний пшеницы и риса: фузариоза - Fusarium solani (Mart.) Sacc., F. oxysporum Schlecht., F. heterosporum Nees, F. sporotrichiella Sherb., пирикуляриоза - Piricularia oryzae Cavara, альтернариоза - Alternaria triticina Prasada & Prabhu, A. alternate (Fr.) Keissl., биполяриоза - Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoemaker, аспергиллеза - Aspergillus niger van Tieghem. После культивирования штамма К-541 на трех вариантах глюкозо-дрожжевого агара вырезали блоки растущей культуры буром (диаметр 7 мм), переносили их на чашки Петри, предварительно засеянные тест-культурами фитопатогенных грибов, и культивировали при 25 °С. Об антагонистической активности судили по диаметру зоны лизиса грибных тест-культур, которую измеряли через 72 ч культивирования. Антифунгальные свойства штамма при совместном культивировании с фитопатогенными грибами исследовали на агаре Чапека-Докса (рН 7,0) при внесении 2,0 % NaCl (рН 7,0) и 0,2 % Na2CO3 (рН 8,0). Результаты учитывали на 10-е сут культивирования при 25 °С, измеряя диаметр колоний фитопатогенных грибов. Биосинтез антибиотика А-541 осуществляли на круговой качалке (180-200 об/мин) при температуре 28 °С в течение 120 ч. Антибиотик извлекали экстракцией органическими растворителями и изучали с использованием тонкослойной хроматографии и спектрофотометрии. Проведенные исследования показали, что штамм К-541 может быть перспективным агентом для биоконтроля грибных инфекций у зерновых культур, так как обладает высокой антифунгальной активностью. В отношении грибов рода Fusarium она проявлялась формированием зоны лизиса диаметром 30-45 мм в нейтральных условиях, 40-48 мм - при засолении, 20-33 мм в щелочных условиях; в отношении грибов рода Alternaria - соответственно 32-35, 36-37, 20-22 мм; рода Bipolaris - 36-38, 38-40, 30 мм; рода Piricularia - 40, 56, 50 мм. Показана возможность использования штамма для интродукции в почвенные биоценозы с целью биоконтроля грибных патогенов зерновых культур. При совместном культивировании штамма К-541 и фитопатогенных грибов диаметр колоний грибов уменьшался в 1,8-2,7 раза. Высокая степень ингибирования роста фитопатогенных грибов наблюдалась также в условиях засоления и в щелочной среде. Антибиотик, образуемый штаммом К-541, отнесен к группе полиенов, подгруппе гексаенов. Таким образом, штамм К-541 признан перспективным для разработки нового биопрепарата с фунгицидным действием в отношении возбудителей грибных инфекций зерновых культур в разных экологических условиях.
Бесплатно
Статья научная
Бурая ржавчина (возбудитель Puccinia triticina Erikss.) - экономически значимое заболевание яровой пшеницы в западно-азиатских регионах России и Северном Казахстане. Для успешной селекции на устойчивость к инфекции необходима информация об эффективности генов Lr пшеницы, влиянии новых сортов на изменчивость патогена по вирулентности, а также о степени изоляции популяций друг от друга. До настоящего времени в популяционных исследованиях P. triticina не использовали единообразный инфекционной материал (его собирали с разного набора сортов в каждом регионе), в связи с чем на результаты оценки вирулентности существенно влияло селективное действие растения-хозяина. Мы впервые сравнили структуру популяций гриба P. triticina на западе азиатской части России и в Северном Казахстане по вирулентности и молекулярным маркерам, использовав в качестве источника инфекционного материала единый набор образцов пшеницы сезона 2016 года, которые испытываются в этих регионах в рамках программы Казахстанско-Сибирской сети улучшения яровой пшеницы (КАСИБ). Для анализа вирулентности использовали 91 монопустульный изолят, в том числе 13 челябинских, 28 омских, 6 курганских, 16 акмолинских, 16 павлодарских и 12 карагандинских. С помощью 20 почти изогенных Lr-линий Thatcher (TcLr) нами описаны 11 фенотипов вирулентности. Сходный фенотипический состав патогена был выявлен на сортах Дуэт, Терция, Омская 35, Памяти Азиева, Са-ратовская 29, Чебаркульская 3 и линии Эритросперум 85-08. На сорте Астана 2 и линиях Лютесценс 1003, Лютесценс 6/04-4 российские изоляты гриба отличались от казахстанских по вирулентности для ТсLr11, а на линиях ГВК 2074/4 и Лютесценс 715 - авирулентностью в отношении ТсLr18. Более существенные различия по спектру вирулентности между региональными популяциями отмечались на менее поражаемой линии Лютесценс 34/08-19 и сорте Родник. Все изученные изоляты P. triticina были авирулентны для TсLr19, TсLr24 и вирулентны для TсLr3а, TсLr3bg, TсLr3ka, TсLr14a, TсLr14b, ТсLr16, ТсLr17, ТсLr30. На линиях Tс с генами Lr1, Lr2a, Lr2b, Lr2c, Lr9, Lr15, Lr18, Lr20, Lr26 наблюдали варьирование по частоте вирулентности. Вирулентность для TсLr9 выявили в популяциях патогена, собранных с образцов пшеницы с этим геном (Дуэт, Терция, Чебаркульская 3, Лютесценс 34/08-19). Индексы генетических расстояний по M. Nei (Nei D) и ΦPT (аналог Fst для бинарных данных в AMOVA) подтвердили различия в дифференциации популяций по вирулентности. Значения Nei D указывали на высокое сходство между большинством североказахстанских и российских популяций, за исключением челябинской и карагандинской. По индексу ΦPT высоким сходством обладали омская, курганская и североказахстанские популяции. Челябинская популяция была близка с курганской и отличалась от других изученных. С использованием 12 SSR маркеров были охарактеризованы 46 изолятов и выяв-лены 9 генотипов. В результате обнаружен 21 полиморфный аллель. Значения индексов Nei D и Fst указывали на умеренные различия между челябинской и карагандинской популяциями и высокое сходство между другими изученными. В целом проведенные исследования свидетельствуют о высоком сходстве популяций бурой ржавчины в западно-азиатских регионах России и Северном Казахстане, что подтверждает предположение о существовании единой популяции гриба в изученных областях. Для предотвращения эпифитотий P. triticina на сопредельной территории России и Казахстана необходимо постоянное обновление сортимента пшеницы, расширение его генетического разнообразия и применение стратегии мозаичного размещения сортов с соблюдением оптимальных площадей, занятых генетически однородными сортами.
Бесплатно
Статья научная
Картирование локусов количественных признаков (QTL) - современное направление в изучении их генетической изменчивости, одна из задач которого состоит в картировании QTL, определяющих хозяйственно ценные признаки, для их эффективного использования в маркер-вспомогательной селекции (marker-assisted selection, MAS). Мы впервые оценили набор из 114 рекомбинантных инбредных линий картирующей популяции ITMI (International Triticeae Mapping Initiative) яровой мягкой пшеницы ( Triticum aestivum L.) в условиях Западно-Сибирской равнины России. Картирующая популяция ITMI была создана посредством опыления яровой мягкой пшеницы Triticum aestivum L. сорта Opata 85 пыльцой синтетического гексаплоида W7984, представляющего собой амфидиплоид, полученный скрещиванием Aegilops tauschii Coss. (образец CIGM86.940, DD) и тетраплоидной пшеницы T. turgidum var. durum сорта Altar 84 (ААВВ). На протяжении всего периода вегетации изучали проявление 42 хозяйственно ценных признаков, характеризующих устойчивость к болезням, засухе, морфологические признаки и компоненты продуктивности растений. В результате были идентифицированы 55 локусов количественных признаков. Достоверность взаимосвязи между выявленными локусами и полиморфизмом по тому или иному признаку оценивали на основе порогового значения отношения правдоподобия десятичного логарифма шансов LOD-score (logarithm of odds). У 35 установленных QTL LOD-оценка превышала 3,0. Выявленные и локализованные в 19 группах сцепления QTL изучаемых признаков проявляли себя в условиях южной лесостепной зоны Западно-Сибирской равнины с разной степенью достоверности. Показано, что изученные количественные признаки взаимосвязаны и коррелируют между собой, при этом их проявление может как зависеть от воздействия окружающей среды, так и не зависеть от внешних условий. Для определения характера сопряженности связи между признаками рассчитывали коэффициенты корреляции rxy. Как следует из результатов проведенного корреляционного анализа, проявление изучаемых хозяйственно ценных признаков было взаимосвязано и характеризовалось разной степенью корреляции, что свидетельствует об их комплексной природе. Установлено, что генетическая изменчивость большинства изученных признаков, как правило, контролируется несколькими QTL с широкими эффектом действия, которые коррелируют друг с другом, либо большим числом локусов с малыми эффектами. Выявленные 55 QTL и сцепленные с ними молекулярные маркеры могут представлять интерес для изучения генетического контроля хозяйственно ценных признаков, определяемых идентифицированными QTL, и для осуществления маркер-вспомогательной селекции у мягкой пшеницы.
Бесплатно
Статья научная
Устойчивость пшеницы к болезням, в том числе к возбудителю бурой ржавчины, - важнейший фактор, способствующий сохранению урожая. Lr -гены широко используются в фитопатологической практике при оценке дифференциального взаимодействия признаков устойчивости и вирулентности в системе патоген-хозяин. Целью настоящей работы был количественный анализ элементного состава флаговых листьев у 29 изогенных линий Thatcher, характеризующихся различной устойчивостью к возбудителю бурой ржавчины пшеницы: Tc Lr28, Tc Lr29, Tc Lr24, Tc Lr47, Tc Lr18, Tc Lr19, Tc Lr36, Tc Lr3ka, Tc Lr3bg, Tc Lr16, Tc Lr17, Tc Lr44, Tc Lr1, Tc Lr2b, Tc Lr2c, Tc Lr3a, Tc Lr10, Tc Lr11, Tc Lr14a, Tc Lr20, Tc Lr33, Tc Lr26, Tc LrB (ювенильные); Tc Lr35, Tc Lr12, Tc Lr21, Tc Lr48 (возрастные); Tc Lr46, Tc Lr34 (гены частичной устойчивости, partial resistance genes). Методом масс-спектрального анализа определено содержание в листьях 21 химического элемента из числа тяжелых и легких металлов, металлоидов (Na, Mg, Al, К, Са, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ni, Zn, Se, Mo, Ba, Pb, Sb, As, Cd, Be, Ag). При проведении количественного анализа элементного состава отбирали листья без визуальных симптомов развития бурой ржавчины пшеницы. В качестве показателей патогенеза при развитии бурой ржавчины учитывали развитие болезни (по шкале Р.Ф. Петерсона), число пустул на флаговых листьях, площадь пустулы (по формуле площади эллипса), тип реакции (по шкале E.B. Mains, H.C. Jackson). Использование этого комплекса показателей позволило расширить число методов статистического анализа данных и повысить точность обнаруженных различий. Не были выявлены признаки развития бурой ржавчины на высокоустойчивых линиях, защищенных Lr -генами ювенильной устойчивости Lr24, Lr28, Lr29, Lr47. К группе умеренно устойчивых линий были отнесены Tc Lr18, Tc Lr19, Tc Lr36, умеренно восприимчивых - Tc Lr3ka, Tc Lr3bg, Tc Lr16, Tc Lr17, Tc Lr44. Сильную восприимчивость к возбудителю бурой ржавчины проявили линии Tc Lr1, Tc Lr2b, Tc Lr2c, Tc Lr3a, Tc Lr10, Tc Lr11, Tc Lr14a, Tc Lr20, Tc Lr33, Tc Lr26, Tc LrB. В листьях у высокоустойчивых изогенных линий, обладающих ювенильной устойчивостью и характеризующихся отсутствием симптомов поражения возбудителем, по сравнению c линиями, проявившими сильную восприимчивость к болезни, отмечено достоверно меньшее содержание тяжелых металлов Ni, Ag, Cr, Fe, Co, Cd, а также К. Интенсивность развития бурой ржавчины снижалась с увеличением содержания селена во флаговых листьях. Линии с Lr -генами ювенильной устойчивости отличались меньшим числом достоверных корреляционных взаимосвязей между элементами вo флаговых листьях при большей степени поражения возбудителем бурой ржавчины по сравнению с линиями - носителями генов возрастной устойчивости. Выявлены достоверные положительные корреляционные связи между содержанием во флаговых листьях Al, Cr, Co, Sb, К (линии с Lr -генами ювенильной устойчивости); Al, Fe, Ni, Zn (линии с генами Lr1, Lr10, Lr21, Lr3a, Lr24 ) и интенсивностью развития бурой ржавчины, которая достоверно усиливалась с ростом значений коэффициента биологического накопления Al, К, Сr, Fe, Co, Ni, Sb, Cd во флаговых листьях пшеницы. Линия с геном Lr34, кодирующим у пшеницы белок, аналогичный АBC-транспортерам, выделялась более низкими значениями коэффициентов биологического накопления ряда токсичных элементов по сравнению с линиями, несущими гены NBS-LRR-белков. Полученные результаты могут быть использованы в селекционной работе с целью создания сортов яровой мягкой пшеницы, адаптированных к экологическим условиям Северо-Западного региона России.
Бесплатно
Статья научная
Среди зерновых культур в Акмолинской области, расположенной в Северном Казахстане, 78 % площади посева занимает яровая мягкая пшеница ( Triticum aestivum L.). При ее средней урожайности 1,4-1,8 т/га можно получать высококачественное зерно с повышенным содержанием белка, что служит определяющим фактором при возделывании сильных пшениц. В настоящее время важное значение приобретает поиск резервов для повышения урожайности культуры и улучшения качества зерна. Ведущая роль в этом отводится сорту, поскольку на его долю в общем приросте урожайности приходится 20 % и более. Целью нашей работы было выделение сортов яровой мягкой пшеницы ( Triticum aestivum L.) по комплексу признаков, максимально адаптированных к условиям Северного Казахстана, а также оценка взаимосвязи между элементами структуры продуктивности среднеспелых сортов и конечной урожайностью зерна. Эксперимент закладывали по паровому предшественнику на опытном поле Кокшетауского государственного университета им. Ш. Уалиханова (Республика Казахстан) в 2011-2013 годах. Материалом служили перспективные сорта яровой мягкой пшеницы ( Triticum aestivum L.) среднеспелой группы спелости, созданные в Карагандинском НИИ растениеводства и селекции (Карагандинская 22, Карагандинская 29, Карагандинская 70, Секе, Сары-Арка, Степная 60). В качестве стандарта использовали зарегистрированный в Акмолинской области сорт Светланка. Оценивали продолжительность межфазных и вегетационных периодов, динамику развития узловых корней, урожайность и основные элементы ее структуры. Условия степной зоны Акмолинской области оказали благоприятное влияние на развитие узловых корней у сортов Карагандинская 22 (5,5 шт/растение), Степная 60 (4,5 шт/растение), Секе (5,2 шт/растение). Число узловых корней увеличивалось с фазы кущения до фазы полной спелости зерна. В засушливых условиях степной зоны важное значение имеет продолжительность вегетационного периода. Среди изучаемых сортов оптимальную продолжительность вегетационного периода наблюдали у сорта Карагандинская 22 (94 сут). В среднем по сортам этот показатель составил 96 сут. Климатические условия в вегетационный период благоприятно повлияли на формирование основных компонентов урожайности. По ее величине выделялись сорта, превосходящие стандарт Светланка (1,8 т/га): Карагандинская 22 (4,0 т/га), Сары-Арка (3,6 т/га), Степная 60 (3,4 т/га). Основными элементами структуры урожая у исследуемых сортов были число растений на 1 м2 (230-282 шт/м2), число продуктивных стеблей (201-333 шт/м2), число зерен в колосе (20-30 шт.), масса 1000 зерен (36,4-49,6 шт.). При отборе сортов по адаптивности в условиях степной зоны Акмолинской области основное внимание следует уделять озерненности колоса ( r = 0,86±0,13) и массе 1000 зерен (r = 0,76±0,12). Для создания модели сорта среднеспелой группы в этой зоне продолжительность периода вегетации должна составлять 96 сут, озерненность колоса - 25-30 шт., масса 1000 семян средней крупности - 33-36 г, крупной - более 38-45 г, продуктивная кустистость - 1,1-1,2, урожайность - 3,0-4,0 т/га.
Бесплатно
Статья научная
Известкование кислых почв, занимающих в Российской Федерации 73 млн га сельскохозяйственных угодий, - традиционный прием, который обеспечивает оптимизацию почвенных условий и способствует получению высоких и устойчивых урожаев. При интенсивных технологиях возделывание сельскохозяйственных культур сопровождается выносом кальция с урожаем, вымыванием атмосферными осадками и пр., поэтому требуется его восполнение, что экономически затратно. Знание оптимальных для каждого сорта доз мелиоранта необходимо для корректировки его количества, обеспечивающего максимальный эффект от применения. В представленной работе впервые влияние разных доз мелиоранта (доломитовая мука) оценено in situ по оптическим характеристикам листьев яровой пшеницы ( Triticum aestivum L.) сортов Ленинградская 97, Красноуфимская 100 и Тризо, различающихся по продуктивности и отзывчивости на внесение азотных удобрений. Растения выращивали в 5-литровых сосудах, заполненных дерново-подзолистой почвой, при естественном освещении. Доза мелиоранта была равна 0 (контроль), 0,25, 0,50, 0,75 и 1,00 ммоль-экв/100 г почвы (гидролитическая кислотность Нг). Предпосевное удобрение аммиачной селитрой обеспечивало два варианта азотного питания - оптимальный (1 г азота на 5 кг почвы) и дефицитный (0,15 г азота на 5 кг почвы). Содержание в почве других элементов минерального питания во всех вариантах опыта было одинаковым. Спектры отражения от поверхности листьев в диапазоне 300-1000 нм измеряли с помощью спектрометра HR2000 («Ocean Optics», США). После записи спектров отражения рассчитывали индексы отражения, тесно связанные с содержанием хлорофилла, отношением суммы каротиноидов к сумме хлорофиллов, рассеянием радиации, обусловленным изменением внутренней структуры листа, активностью фотохимических процессов фотосинтеза, а также содержанием антоцианов и флавонолов. Результаты свидетельствуют, что сорта пшеницы реагируют на внесение мелиоранта по-разному. Установлено, что благоприятное влияние мелиоранта на продуктивность больше выражено в условиях дефицита азотного питания. При оптимальном содержании азота продуктивность сорта Ленинградская 97 в ответ на внесение мелиоранта не менялась. Продуктивность сорта Тризо в вариантах 0,50 и 1,00 Hг была выше на 55-60 % и 5-27 % при содержании азота соответственно 1 и 0,15 г/кг почвы. У сорта Красноуфимская 100 диапазон, в котором отмечали положительную реакцию на внесение мелиоранта, оказался уже, чем у сорта Тризо, и был сдвинут в сторону низких доз. Максимальную прибавку урожая зерна отмечали при 0,50 Нг и высоком содержании азота в почве - 30 %. Обнаружена тесная корреляционная связь между массой зерна, сформированного при внесении различных доз мелиоранта, и содержанием хлорофилла в листьях (индекс хлорофилла) у сортов Красноуфимская 100 ( R 2 = 0,87) и Тризо ( R 2 = 0,88). Изменение индексов, характеризующих эффективность превращения энергии света в фотохимических процессах фотосинтеза, позволяет предположить, что внесение мелиоранта не только способствует поглощению азота, но также влияет на эффективность усвоения световой энергии в процессе фотосинтеза.
Бесплатно
Статья научная
Создание высокоэффективных экологически безопасных препаратов для повышения продуктивности и устойчивости агро- и экосистем - актуальная задача современной науки. В этой связи в качестве перспективных форм рассматриваются углеродные наноструктуры - водорастворимые производные фуллеренов С60 и С70, применяемых в биомедицине и фармакологии. Показано, что ониспособны проникать через биомембраны благодаря липофильности и наноразмерам, транспортировать лекарственные вещества к клеткам-мишеням, обладают антиоксидантными свойствами. Однако о механизмах влияния фуллеренов на растения мало что известно. Мы впервые изучили воздействие производных фуллерена С60 на процессы, обусловливающие нетто-продуктивность и устойчивость растений к окислительному стрессу. В исследованиях использовали фуллеренол и аддукты фуллерена С60 с незаменимыми аминокислотами треонином, лизином, аргинином, а также с аминокислотой гидроксипролином, синтезированные нами ранее с применением оригинальной одностадийной методики. В двух вегетационных экспериментах в регулируемых условиях (аэрируемый питательный раствор, светоустановка) выявлен стимулирующий эффект этих производных фуллерена на рост яровой пшеницы и ячменя при добавлении в корнеобитаемую среду и при некорневой обработке. Так, у растений отмечали увеличение биомассы листьев, стеблей, корней (на 27-226 %, р 60-оксипролин, фуллерен С60-треонин. Очевидно, наблюдаемый эффект был связан с установленной способностью фуллеренола и аминокислотных производных фуллерена С60 оказывать регуляторное воздействие на синтез фотосинтетических пигментов и, как следствие, на эффективность фотосинтеза. Сравнение индексов отражения, характеризующих содержание хлорофиллов (ChlRI) и антоцианов (ARI) в листьях, показало, что в целом под влиянием производных фуллеренов формируется фотосинтетический аппарат, обладающий бóльшим потенциалом. При воздействии испытуемых производных фуллерена также снижалась интенсивность перекисного окисления липидов, увеличивалась (преимущественно у ячменя) или уменьшалась генерация активных форм кислорода и повышалась активность супероксиддисмутазы в листьях и (или) корнях. Эти изменения в состоянии растений были наиболее выражены при действии фуллеренола, С60-треонина и С60-гидроксипролина. В условиях моделируемого стресса (УФ-В облучение, 20 кДж/м2) устойчивость растений ячменя после некорневой обработки растворами фуллеренола, С60-треонина и С60-гидрокспролина, судя по массе надземной части и корней, оказалась на 10-20 % выше, чем у контрольных облученных растений, показавших снижение массы надземной части примерно на 33 %, корней - на 10-20 %. Выявленное положительное влияние синтезированных аминокислотных производных фуллерена C60 и фуллеренола на продукционный процесс и устойчивость растений к окислительному стрессу, высокая эффективность в малых концентрациях (соответственно, низкие затраты на применение) и экологическая безопасность свидетельствуют о перспективности дальнейшего изучения механизмов влияния этих соединений на почвенно-растительную систему с целью создания на их основе препаратов для использования в растениеводстве.
Бесплатно
