Основы устойчивого земледелия. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья научная
Клубеньковые бактерии вида Rhizobium leguminosarum разделяют на два биовара (bv.), которые образуют N2-фиксирующие симбиозы с бобовыми растениями галегоидного комплекса, относящимися к трибам Fabeae (роды Lathyrus , Lens , Pisum , Vavilovia , Vicia , симбионт - R. leguminosarum bv. viciae ) и Trifolieae (род Trifolium , симбионт - R. leguminosarum bv. trifolii ) (J. Sprent с соавт., 2017). Ранее считалось, что перекрестная инокуляция между этими биоварами отсутствует или происходит редко, а сведения о контроле хозяйской специфичности R. legumin-osarum были ограничены взаимодействием между линиями гороха ( P. sativum ), имеющими разные аллели гена Sym2 , и штаммами bv. viciae , различающимися по наличию гена nod X (T.A. Lie, 1978). В настоящей работе впервые показано, что при переходе штаммов bv. viciae к симбиозу с эволюционно молодыми представителями трибы Fabeae (переход от А- к D-группе) происходит утрата бактериями способности формировать симбиоз с гетерологичным хозяином ( Trifolium ). Целью нашей работы был анализ изменчивости штаммов R. leguminosarum bv. viciae анцестральной (A) и эволюционно продвинутой (D) геномных групп по хозяйской специфичности и N2-фиксирующей активности, направленный на функциональную характеристику анцестральных элементов генома, которые были выявлены ранее при сравнительно-генетическом анализе штаммов, выделенных из различающихся по филогенетическому положению представителей трибы Fabeae . В соответствии с ранее предложенной методикой генотипирования штаммы относили к группе А в том случае, если они содержали гены nod X и fix W, не содержали хромосомной копии оперона fix NOPQ, а ген nod T находился за пределами nod -кластера. При отсутствии хотя бы одного из этих признаков штаммы относили к группе D (E. Chirak с соавт., 2019). Штаммы группы А выделены из реликтового бобового Vavilovia formosa , а также из дикорастущих афганских линий P. sativum , штаммы группы D - из культурных европейских линий P. sativum , а также из Vicia sativa и V. alpestris . В опытах по анализу перекрестной инокуляции двух биоваров вида R. leguminosarum использовали штаммы bv. viciae , выделенные из клубеньков Vavilovia formosa, Vicia sativa, V. subrotunda , европейских линий Pisum sativum , афганских линий P. sativum , а также штаммы bv. trifolii из клубеньков клевера ( Trifolium pratense, T. ambiguum, T. montanum ). При проведении микровегетационных опытов растения, инокулированные ризобиями, выращивали в гнотобиотических условиях на вермикулите. N2-фиксирующую активность определяли с помощью ацетиленового метода, основанного на использовании C2H2 в качестве субстрата для нитрогеназы. На основании полученных результатов были выявлены следующие симбиотические фенотипы: Fix+ - N2-фиксирующие (крупные, розовые) клубеньки; Fix- - не фиксирующие N2 (мелкие, белые, но морфологически нормальные) клубеньки; Fix+/- - не фиксирующие N2 клубеньки, сходные с Fix+ клубеньками (крупные, розовые); Ndv- - не фиксирующие N2, опухолеподобные клубеньки; Nod- - клубеньки отсутствовали. Оказалось, что 9 из 11 штаммов анцестральной группы образовали на клевере клубеньки фенотипа Fix-, 2 штамма - клубеньки фенотипа Ndv-. Среди 8 штаммов эволюционно продвинутой группы фенотипы Fix- и Ndv- выявлены соответственно у 4 и 2 штаммов, а 2 штамма не образовали на клевере клубеньков (Nod-), что указывало на сужение хозяйской специфичности ризобий в процессе коэволюции bv. viciae с растениями-хозяевами. Среди 6 штаммов ризобий клевера 4 штамма проявили способность к инокуляции вики с образованием Fix- клубеньков. В опытах по контролю за отсутствием контаминации ДНК выделяли из клубеньков с использованием набора NucleoSpinÔ Soil («Macherey-Nagel GmbH & Co. KG», Германия), фрагмент гена nod A амплифицировали с испол
Бесплатно
Статья научная
Как известно, длительные дефициты атмосферной влаги вызывают засухи, которые в случае крупномасштабного охвата и исключительной суровости попадают в разряд стихийных бедствий. Установлению причин возникновения засушливости и движущих механизмов ее распространения, а также оценке засух по времени их наступления, продолжительности, интенсивности и повторяемости в условиях нарастающих климатических изменений посвящены исследования во всем мире. Их актуальность обусловлена тем, что вклад засушливых регионов в мировое производство высококачественного зерна очень велик. К одному из таких регионов относится зона неустойчивого увлажнения, расположенная в средней части европейской территории России и включающая Центральное Черноземье, Среднее Поволжье и юг Урала, где выращиваются ценные сорта яровых колосовых злаков. В настоящем исследовании оконтуривание границ уязвимых зернопроизводящих территорий впервые осуществлялось по совокупности количественных критериев и качественных показателей. При получении комплексной оценки первостепенное значение имели агроклиматические индикаторы проявлений экстремальной засушливости. Впервые количественно показано, что в изменяющемся климате по чувствительности к проявлению экстремального недостатка влаги более северные и увлажненные зернопроизводящие территории становятся сопоставимы с более южными и сухими зернопроизводящими территориями и, кроме того, наибольшее снижение абсолютного минимума осадков при возрастающей повторяемости лет с резкими их дефицитами отмечается для пониженных участков рельефа. Цель работы заключалась в разработке мезорайонирования зоны неустойчивого увлажнения, расположенной в европейской части России, которое направлено на выявление территорий, уязвимых при дефиците атмосферной влаги при изменении климата, для эффективного управления рисками, возникающими при формировании конечной продуктивности ранних яровых культур. В зоне неустойчивого увлажнения на территории европейской части России были выбраны 32 агрометеорологические станции, для которых получены длительные однородные ряды данных с 1945 по 2021 год. Местоположение каждой станции охарактеризовано географическими координатами и высотой над уровнем моря. Критерии определения границ зоны неустойчивого увлажнения основывались на характеристиках агроклиматических условий и данных о размещении и концентрации посевов, а также показателях погодно-климатической вариабельности урожаев. Временные интервалы выбирали как по периодам, содержащим длительную последовательность лет, так и по срокам в течение вегетации культур. Исходя из особенностей проявления аномалий глобально осредненной приземной температуры воздуха с 1880 по 2021 годы, выделили два временных отрезка - 1945-1980 годы и 1981-2021 годы. Интервал посев-колошение был выбран в качестве периода вегетации, от погодных условий которого напрямую зависела величина конечного урожая яровых зерновых культур. Для всех станций продолжительность этого отрезка тесно совпадала с периодом, охватывающим май и июнь. Почвенные критерии включали качественные характеристики и количественные показатели. К ландшафтным критериям относились учет широтной поясности, определяющей смену типов ландшафта; учет долготной составляющей, влияющей на некоторое смещение к северу степных ландшафтов по мере продвижение вглубь континента; учет высотной ярусности ландшафтов. Мезорайонирование основывается на переходе от зональных схем районирования к уровню подрегионов, исходя из их агроклиматических, почвенных и ландшафтных особенностей. Изначально это позволило разделить зону неустойчивого увлажнения на две части, характеризующиеся противоположными тенденциями в изменении засушливости вследствие вклада атмосферных циркуляционных процессов разного типа - западную часть (менее уязвимую) и восточную часть (более уязвимую). В 1946 и 1981 годах экстремальный дефицит осадков наблюдался в областях к западу от среднего течения Волги, находящихся под влиянием зонального типа атмосферной циркуляции. В 1975, 1998 и 2010 годах им была охвачена очень обширная территория, включая области к востоку от среднего течения Волги, где проявлялось влияние меридионального типа атмосферной циркуляции. Поскольку 1975 год относится к первому периоду, а 1998 и 2010 годы - ко второму, то соотношение таких лет по периодам составляло 1:2. Это свидетельствует о том, что в будущем нельзя исключать учащение крупномасштабных резких дефицитов атмосферной влаги, приводящих к катастрофическим засухам и потребуется разработка эффективных мер для смягчения их последствий. Также из полученных результатов можно заключить, что смещения границ уязвимых к дефициту влаги зернопроизводящих территорий в пределах зоны неустойчивого увлажнения на европейской части России осуществляется в северном направлении с вовлечением более увлажненных областей. В условиях нарастающих изменений глобального климата это согласуется с общей тенденцией распространения суровых засух по направлению к полюсам.
Бесплатно
Статья научная
Проблема нарастающих изменений климата и их влияния на сельскохозяйственный сектор экономики приобрела особую остроту и глобальный масштаб. Вклад деятельности человека в такие изменения становится все более весомым. В этой связи активизировались исследования по оценке региональных агроклиматических последствий глобальных климатических изменений для поиска приемом адаптации к ним. Цель представленной работы состоит в оценке уязвимости и адаптации полеводства к изменяющемуся климату в зоне осушаемых земель европейского Нечерноземья - региона с гумидным климатом и ограниченными тепловыми ресурсами. Хотя термические условия для возделывания культур здесь становятся благоприятнее вследствие роста теплообеспеченности, учащающиеся сверхобильные осадки приводят к резкому переувлажнению посевов, вызывая значительные недоборы урожая и потерю его качества. Новизна исследования заключается в установлении сдвига границ уязвимых территорий с учетом дифференциации зоны осушаемых земель Нечерноземья Европейской России на подзоны по природно-ландшафтному признаку со сменой существующих агроландшафтов и систем ведения земледелия в широтной поясности, включая термодефицитные области. Показано, что высотная ярусность ландшафтов зоны осушаемых земель в теплеющем климате также оказывает влияние на величину и повторяемость обильных осадков и должна учитываться при регионализации адаптационных мер и стратегий, что для этой зоны сделано впервые. Изменения термического фона и характера атмосферного увлажнения проанализированы на стадии формирования конечного урожая озимых зерновых и зернофуражных злаков и интенсивного накопления биомассы силосных и сенных культур для двух периодов, различающихся по степени антропогенного влияния на климат (1945-1980 и 1981-2017 годы). С использованием аналитических (выбор агроклиматических индикаторов, частотный анализ) и математических методов анализа и обработки данных (тренд-анализ и сглаживание временных рядов, функциональный анализ) выявлен расширяющийся в северном направлении охват территорий, подверженных возрастающему риску переувлажнения посевов (учащение высоких температур приводит к интенсификации испарения и, как результат, к усилению конвекции). На основе имитационного моделирования агроклиматических условий до 2030 года также показано, что в перспективе наиболее уязвимыми к резкому переувлажнению оказываются северные и заболоченные области. То есть, наряду с особенностями атмосферной циркуляции (с усилением циклонической активности), термический фактор в сочетании со свойством подстилающей поверхности (степенью ее увлажненности) вносит все более значимый вклад в усугубление переувлажнения. Важная роль в проявлении эффектов атмосферного переувлажнения в отношении состояния посевов также отводится текстуре почв. Адаптация полеводства к изменению климата рассматривается как комплекс мер, направленных на эффективное управление взаимосвязанными изменениями теплового режима в деятельном слое атмосферы и составляющих водного баланса подстилающей поверхности, включая поверхностные слои почвы. Оценка адаптации осуществляется с учетом агроклиматических, почвенных и ландшафтных особенностей природно-земледельческих подзон, входящих в зону осушаемых земель Нечерноземья Европейской России, и состоит как в оптимизации мелиоративных приемов, так и в совершенствовании технологий возделывания культур и планирования землепользования. Также важно отметить, что рост поступления в атмосферу загрязняющих веществ техногенного происхождения негативно сказывается на количестве и качестве выпадающей влаги, и это требует целенаправленного контроля за соблюдением экологических нормативов.
Бесплатно
Статья научная
На устойчивости развития современного сельского хозяйства негативно сказывается усиливающаяся аридизация климата на планете. Поэтому важное значение имеет эффективность использования воды растениями, на что влияют различные эндогенные и экзогенные факторы. В настоящей работе мы впервые установили этот показатель для листьев растений гречихи в зависимости от фазы роста, времени суток и погодных условий вегетации, а также выявили характер его связи с интенсивностью фотосинтеза, транспирации и семенной продуктивностью. Цель исследования - обнаружить видовые особенности потребления воды при осуществлении фотосинтеза и продукционного процесса у растений гречихи обыкновенной ( Fagopyrum esculentum Moench). Объектами изучения были 22 сортообразца гречихи обыкновенной: К-406 и К-1709 (местные популяции); Калининская, Богатырь, Шатиловская 5 (старые сорта); Дикуль, Дождик, Деметра, Девятка, Дизайн (современные районированные сорта); Башкирская красностебельная, Батыр, Уша, Чатыр-Тау, Инзерская, Дизайн 2, Р 66, Р 69, Р 70, Р 84, Р 85, СПР 52 (сортообразцы, перспективные для разных условий). Сортообразцы выращивали в селекционном севообороте ФНЦ зернобобовых и крупяных культур (Орловская обл., Орловский р-н) в 2010-2015 годах на делянках площадью 10 м2 в 4-кратной повторности рандомизированным методом. Интенсивность фотосинтеза (ИФ), интенсивность транспирации (ИТ) и устьичную проводимость оценивали по оригинальной методике фирмы «Heinz Walz GmbH» (Германия) с помощью переносного газоанализатора GFS-3000 FL. Учет осуществляли на 5-7 типичных для генотипа растениях, произрастающих в середине делянки, у которых листья не имели повреждений вредителями и поражений болезнями. Замеры проводили в режиме реального времени в основные фазы роста (ветвление, цветение + 10 сут, цветение + 20 сут, цветение + 30 сут) на 3-м листе сверху главного стебля с 700 до 1900 с периодичностью 3 ч. В измерительной камере прибора поддерживали интенсивность света 1000 мкмоль фотонов·м-2·с-1, температура воздуха составляла 25 °С. Эффективность использования воды (ЭИВ) определяли, вычисляя отношение текущих значений интенсивности фотосинтеза к значениям интенсивности транспирации. Урожайность зерна учитывали с каждой делянки сорта прямым взвешиванием и по результатам структурного анализа растений. В результате проведенных исследований установлено, что у культуры гречихи эффективность использования воды растениями находилась в существенной зависимости как от условий произрастания, так и от наследственных особенностей. Под влиянием погодных условий вегетации ЭИВ варьировала от 1,03 до 2,08 мкмоль CO2/ммоль Н2O. Наиболее высокое ее значение (2,08 мкмоль CO2/ммоль Н2O) отмечали в 2012 году, когда погода была относительно благоприятной для роста и развития растений. В онтогенезе максимальную эффективность использования воды в осуществлении фотосинтеза фиксировали в фазу ветвления (в среднем 2,43 мкмоль CO2/ммоль Н2O) и массового налива семян (1,78 мкмоль CO2/ммоль Н2O), а самую низкую - во время бутонизации и цветения (в среднем 1,17 мкмоль CO2/ммоль Н2O). Больше всего молекул СО2 на единицу количества воды, испаренной единицей листовой поверхности, ассимилировалось с 900 до 1100, когда отмечалась наиболее высокая интенсивность фотосинтеза в листьях и умеренная активность транспирации. Коэффициент корреляции между ЭИВ и интенсивностью фотосинтеза в листьях был положительным ( r = 0,69, р function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }
Бесплатно
