Эколого-генетический контроль формирования корневой системы и надземных органов различных морфотипов люпина узколистного

Автор: Агаркова С.Н., Беляева Ж.А., Головина Е.В., Беляева Р.В., Коломейченко А.С., Коломейченко В.В.

Журнал: Вестник аграрной науки @vestnikogau

Рубрика: Научное обеспечение развития селекции сельскохозяйственных культур

Статья в выпуске: 3 (36), 2012 года.

Бесплатный доступ

Изучали морфо-физиологические особенности надземных органов и корневой системы 12 сортов узколистного люпина с различным типом ветвления стебля: псевдодиким, метельчатым, квазидиким, колосовидным. Высокая общая и деятельная адсорбирующая поверхность корней отмечена у сортов псевдодикого и метельчатого морфотипов. Сорта колосовидного морфотипа значительно уступают по этим показателям в процессе вегетации. Установлена тесная связь между развитием надземных органов и корневой системы у различных морфотипов люпина узколистного. Наиболее высокая продуктивность семян выявлена при оптимальных уровнях фотосинтеза, деятельности корневой системы и симбиотической азотфиксаци в конкретных метеорологических условиях. Показано, что реализация продуктивного потенциала сортов узколистного и белого люпина в контрастных погодных условиях осуществляется в результате адаптивных реакций на энергетическом уровне. Наиболее высокая продуктивность семян выявлена при сочетании максимальной азотфиксирующей и фотосинтетической деятельности сортов.

Еще

Морфотипы узколистного люпина, надземные органы, корневая система, адаптивные реакции

Короткий адрес: https://sciup.org/147123913

IDR: 147123913

Текст научной статьи Эколого-генетический контроль формирования корневой системы и надземных органов различных морфотипов люпина узколистного

реализацию продуктивного потенциала сортов люпина узколистного в контрастных метеорологических условиях.

Материал и методика исследований

Исследования проводили в условиях полевых и лабораторных опытов в 2007…2009 гг. Изучали сорта: Тимир 1, Белозерный 110, Брянский 123 (псевдодикий тип ветвления), Метель, ROD-78, ROD-917 (метельчатый тип), Кристалл, Снежеть , Радужный (квазидикий тип), Надежда, Першацвет, Ладный (колосовидный тип). Сорта выращивали на делянках 10 м ² в 4-х кратной повторности по принятой для зоны технологии. Фотосинтетическую деятельность оценивали по методике [5,6,7]. Учитывали количествои массу клубеньков, нитрогеназную активность оценивали ацетиленовым методом [8]. Сухую массу надземных органов и корней определяли после высушивания при 105°С. Площадь азотфиксирующей поверхности корней – колориметрически с использованием красителя метиленового синего [9].

Метеорологические условия вегетации люпина (май-август) в годы исследований существенно различались с колебаниями от засушливых (ГТК=0,74) до избыточно увлажненных (ГТК=2,5). Засушливым был 2007 год, достаточно влажными и теплыми – 2008, 2009 гг., избыточно увлажненным 2006 г.

Статистическая обработка данных проведена с применением корреляционного, дисперсионного и многомерного анализов при использовании пакета прикладных программ STATISTIСA for Windows 6.0

Результаты и их обсуждение

На стадии 6 листьев и в период цветения на центральной кисти прослеживаются различия сортов в формировании надземных органов и корней. Сорта псевдодикого и метельчатого морфотипов накапливали бóльшую надземную массу и массу корней по сравнению с сортами колосовидного типа (табл. 1, 2). Судя по коэффициенту корреляции между сухой массой корней и надземных органов (r05=+0,851), существует тесная взаимообусловленность в их развитии. Коэффициент корреляции между площадью листьев и площадью деятельной адсорбирующей поверхностью корней составил (r05=+0,890).

Таблица 1 – Характеристика надземных органов и корней различных генотипов люпина узколистного, фаза 6 листьев (среднее за 2007…2008 гг. )

Сорта	Фаза 6 листьев
	Сухая масса надземная , г./раст.	Сухая масса корня, г/раст.	Площадь листьев, см²/ раст.	Адсорбирующая поверхность корней, м²/раст.		Объем корней, см³/ раст.
	Сухая масса надземная , г./раст.	Сухая масса корня, г/раст.	Площадь листьев, см²/ раст.	деятельная	общая	Объем корней, см³/ раст.
Тимир 1	0,88	0,118	110	0,62	1,23	2,58
Белозерный 110	087	0,115	121	0,71	1,61	2,26
Брянский 123	0,73	0,158	82	0,83	1,40	2,95
Метель	0,75	0,137	111	0,69	1,72	2,91
ROD-78	0,58	0,159	96	0,89	1,51	2,88
ROD-917	0,60	0,101	100	0,88	1,31	3,01
Кристалл	0,56	0,111	80	1,20	1,86	2,95
Снежеть	0,69	0,112	62	0,46	1,22	2,14
Радужный	0,59	0,118	78	0,59	1,38	2,38
Надежда	0,50	0,083	53	0,40	1,54	1,72
Першацвет	0,32	0,060	32	0,35	0,91	1,58
Ладный	0,45	0,078	47	0,31	0,89	1,60
НСР 05	0,085	0,012	11	0,20	0,250

Таблица 2 – Характеристика надземных органов и корней различных генотипов люпина узколистного, фаза цветения на центральной кисти (среднее за 2007…2008 гг.)

Сорта	Цветение на центральной кисти
	Сухая масса растения, г/раст.	Сухая масса корня , г/раст.	Площадь листьев, см²/ раст.	Адсорбирующая поверхность корней, м²/раст.		Объем корней, см³/ раст.
	Сухая масса растения, г/раст.	Сухая масса корня , г/раст.	Площадь листьев, см²/ раст.	деятельная	общая	Объем корней, см³/ раст.
Тимир 1	6,18	0,630	469	2,16	4,81	4,00
Белозерный 110	5,40	0,640	490	2,21	3,61	3,22
Брянский 123	4,92	0,600	512	2,04	3,75	3,89
Метель	6,70	0,670	505	2,55	4,75	4,71
ROD-78	5,71	0,610	446	1,94	4,38	3,69
ROD-917	5,63	0,590	488	2,01	3,37	3,83
Кристалл	5,65	0,640	445	3,09	4,97	3,67
Снежеть	5,46	0,560	428	2,18	3,78	3,59
Радужный	5,21	0,580	435	2,54	3,51	3,78
Надежда	3,05	0,480	260	2,08	3,39	2,49
Першацвет	3,21	0,440	225	1,95	2,87	2,60
Ладный	4,91	0,450	294	2,00	3,09	2,22
НСР 05	0,121	0,028	28	0,25	0,18

Высокая общая и деятельная адсорбирующая поверхность корней отмечена у сортов псевдодикого, метельчатого морфотипов и сорта Кристалл (квазидикий морфотип). Сорта колосовидного типа значительно уступают на всем протяжении вегетации по этим показателям. Анализ и сопоставление ассимилирующей поверхности сортов и корневой системы позволяет констатировать, что уменьшение облиственности у сортов квазидикого и колосовидного типа вызывает изменения основных параметров корней.

Азотфиксирующая деятельность у колосовидных сортов достигает максимума к началу цветения, снижаясь в последующие фазы. У сортов с обычным типом ветвления симбиотическая активность возрастает по экспоненте, начиная с 12…14 дня от всходов, и продолжается вплоть до формирования бобов на боковых ветвях.

Наибольшее количество клубеньков было сформировано в 2008 году, наименьшее – в 2007 году. Сорта колосовидного типа в среднем формировали 20 клубеньков/раст. и уступали псевдодиким, метельчатым и квазидиким морфотипам, имеющим соответственно 45, 40, 28 клубеньков.

Сорта квазидикого морфотипа за три года показали самую высокую урожайность семян, среди которых сорт Кристалл достигал 3,94 т/га (табл. 3). Этот сорт отличается стабильностью развития корневой системы и надземных органов, незначительно уступает псевдодикому и метельчатому морфотипам по площади листьев, но превосходит по деятельной адсорбирующей поверхности корней, что является важным фактором.

Таблица 3 – Урожайность семян сортов люпина узколистного

	Урожайность семян, т/га
	2007г.	2008г.	2009г.	Х
Тимир 1	1,37	2,03	1,68	1,69
Белозерный 110	2,32	1,83	2,54	2,23
Брянский 123	1,50	1,73	1,98	1,73
Метель	0,97	0,93	1,44	1,11
ROD-78	1,20	0,85	1,60	1,21
ROD-917	1,50	1,18	1,52	1,40
Кристалл	3,23	4,53	4,08	3,94
Снежеть	3,00	3,49	2,99	3,16
Радужный	2,44	3,78	3,93	3,38
Надежда	2,08	2,34	2,20	2,20
Першацвет	0,83	1,07	1,37	1,09
Ладный	1,98	2,03	1,54	1,85
НСР 05	0,344	0,210	0,184	0,177

Проведенные нами исследования свидетельствуют о том, что у сортов псевдодикого и метельчатого морфотипов, как правило, накапливается высокая ассимиляционная поверхность листьев, коррелирующая с развитием корневой системы . У сортов колосовидного типа уменьшение облиственности сопряжено со снижением сухой массы, объема, деятельной и общей адсорбирующей способностью корней.

В процессе направленной селекции на ограничение ветвления основное внимание уделялось морфологии синтезирующих органов, а корневые системы остались вне поля зрения селекционеров. Следует отметить, что изменения корневой системы новых сортов влияло и на симбиотическую азотфиксацию.

В то же время, на примере сорта Кристалл (квазидикий морфотип) выявлено соотношение вегетативных органов и корневой системы, позволяющее сорту адаптироваться к различным стресс-факторам. В крайне засушливый 2010 год сорт Кристалл, единственный из испытуемых 45 сортов люпина узколистного, сформировал 1,84 т/га семян. Все остальные сорта не превысили 0,9 т/га.

Возникает вопрос: реально ли применение в практической селекции многочисленных тест-признаков для отбора ценных генотипов по корневой системе на ранних этапах. Это возможно, по-видимому, лишь на последнем этапе, когда селекционер имеет дело с небольшим набором ценных форм.

Несмотря на значительные генотипические различия сортов узколистного люпина в формировании надземных органов и корневой системы в их адаптивных реакциях на метеорологические условия выращивания прослеживается общая тенденция, что было установлено в исследовании, проведенном в 2006…2008 гг. на 6 сортах люпина узколистного (Кристалл, Снежеть, Сидерат 38, Надежда, Брянский 123, Белозерный 110). Сорта анализировали по 18 хозяйственно-ценным признакам с использованием факторного анализа (табл. 4).

Таблица 4 – Факторная структура хозяйственно ценных признаков люпина, 2006...2008 гг.

Признак	Главные факторы
	Избыточно увлажненный 2006 г .				Засушливый 2007 г .				Благоприятный 2008 г .
	F1	F2	F3	F4	F1	F2	F3	F4	F1 F2 F3 F4
Дл. стебля	0,92	0,22	0,23	0,01	0,02	-0,11	-0,92	0,17	0,35	-0,13	0,30	0,79
Кол. междоузл	-0,95	0,08	0,08	0,01	-0,66	0,36	-0,48	0,38	0,76	-0,47	0,24	0,25
Кол. листьев	-0,90	-0,02	0,27	0,31	0,04	0,04	0,85	0,07	0,92	-0,08	0,29	0,19
Масса стебля	0,94	0,10	0,09	0,12	0,14	0,94	0,14	-0,25	-0,12	0,81	0,45	-0,21
Масса листьев	0,27	-0,27	0,26	0,88	-0,13	0,94	-0,17	0,09	0,69	0,05	0,69	0,03
Масса раст.	0,85	-0,18	0,40	0,08	0,12	0,96	0,06	0,10	0,31	0,56	0,74	-0,09
Площ. листьев	0,70	0,39	0,11	-0,02	0,15	0,21	0,04	-0,95	0,81	0,47	-0,11	-0,06
ФП	0,15	0,06	0,78	-0,09	0,23	-0,03	0,07	-0,96	0,43	0,73	0,02	-0,07
ЧПФ	-0,34	0,84	0,12	-0,26	0,04	0,33	0,51	0,77	0,16	-0,88	-0,04	-0,06
Масса семян	-0,73	-0,24	0,46	0,32	0,71	0,28	-0,07	0,05	0,15	0,82	-0,18	0,33
Кол. бобов	-0,14	-0,59	0,68	0,41	-0,60	0,19	-0,66	0,18	0,86	0,37	0,16	0,18
Кол. семян	-0,84	-0,16	0,36	0,23	-0,48	0,37	-0,56	0,51	0,92	0,21	0,02	0,14
К хоз .	-0,82	0,16	-0,29	0,46	0,74	-0,59	0,01	-0,23	0,23	0,92	-0,19	0,02
Кол. клубен .	0,96	-0,19	0,09	0,02	-0,63	0,10	0,67	-0,02	0,33	0,15	0,65	0,54
Масса клуб.	-0,03	-0,83	0,19	-0,20	-0,46	-0,59	0,44	-0,14	-0,12	-0,14	0,92	-0,03
Нитроген . акт.	0,50	0,03	0,29	-0,74	0,12	-0,19	0,90	0,29	-0,14	0,10	-0,89	-0,01
Белок вег. орг.	0,27	0,89	0,03	-0,27	0,51	0,41	0,03	-0,25	-0,04	-0,16	0,19	-0,88
Белок семян	0,61	-0,08	0,35	0,24	0,89	0,16	0,14	-0,23	-0,65	0,45	0,34	-0,44
Дисперсия , связанная с фактором ,%	46,8	16,8	11,8	12,3	21,5	32,2	24,0	18,0	29,0	26,3	21,0	12,0

В условиях избыточного увлажнения 2006 года наблюдалось интенсивное нарастание вегетативной массы растений люпина. Вклад фотосинтетической деятельности в общую изменчивость составил 41,0%, из которого 16,8% приходилось на ЧПФ. Вклад симбиотической азотфиксации был значительно ниже и направлен на развитие вегетативных органов. Отметим, что средняя продуктивность семян была самой низкой 4,0...4,4 г/раст. В засушливый 2007 год вклад фотосинтетической деятельности - 18,0% и симбиотической азотфиксации – 24% общей изменчивости. Продуктивность семян с растения – 4,4...7,3 г/раст. В благоприятный для люпина 2008 г. вклад фотосинтетической деятельности составил 26%, азотфиксирующей – 33%, причем векторы большего числа признаков, определяющих фотосинтетическую и азотфиксирующую деятельность, имели общую направленность в системе координат главных факторов. Следовательно, высокие вклады (по сравнению с избыточно увлажненными и засушливыми годами) как фотосинтеза, так и азотфиксации, позволили сформировать наиболее высокую продуктивность семян, которая составила 8,7...11,7 г/раст.

Таким образом, с помощью факторного анализа показано, что реализация продуктивного потенциала сортов однолетних видов люпина в контрастных метеорологических условиях, осуществляется в результате интенсификации адаптивных реакций на энергетическом уровне бобового растения и клубеньковых бактерий.

Выводы

1. Установлена тесная связь между развитием надземных органов и корневой системы у различных морфотипов люпина узколистного; 2. Наиболее высокая продуктивность семян выявлена у сортов люпина узколистного при сочетании максимальной фотосинтетической и азотфиксирующей деятельности в вегетативные и генеративные периоды роста и развития растений.

Список литературы Эколого-генетический контроль формирования корневой системы и надземных органов различных морфотипов люпина узколистного

Агеева, П.А. Реализация биологического потенциала культуры узколистного люпина селекционным путем/П.А. Агеева, Н.Л. Почутина//Кормопроизводство, 2005. -№ 6. -С. 6-8
Купцов, Н.С. Селекция сладких сортов -очередной этап узколистного люпина/Н.С. Купцов, Г.П. Миронова//Кормопроизводство, 2005. -№ 6. -С. 8-10
Новикова, Н.Е. О стабильности урожайности сортов гороха с усатым типом листа/Н.Е. Новикова, А.П. Лаханов//Аграрная Россия, 2002. -№ 1. -С. 43-45
Дебелый, Г.А. Зернобобовые культуры в Нечерноземной зоне РФ/Г.А. Дебелый/М.-Немчиновка. НИИСХ ЦРНЗ, 2009. -258 с
Синякова, Л.А. Методические указания по определению показателей фотосинтетической и корневой деятельности растений./Л.А. Синякова, А.И. Иванова//Л. Пушкин, 1981 -17 с
Коломейченко, В.В. Методические указания по изучению основных показателей фотосинтетической деятельности растений в посевах./В.В. Коломейченко -Орел, 1987. -9 с
Ничипорович, А.А. Показатели и процессы фотосинтетической деятельности, задачи и методы их контроля в работах по повышению продуктивности растений./А.А. Ничипорович//Методические указания по учету и контролю важнейших процессов фотосинтетической деятельности растений в посевах. -М: Наука, 1969. -24 с
Посыпанов, Г.С. Методы изучения биологической фиксации азота воздуха. Справочное пособие./Г.С. Посыпанов -Агропромиздат, М. -1991. -300 с
Колосов, И.И. Поглотительная деятельрность корневой системы/И.И. Колосов/М.: Изд-во АН СССР, 1962. -386 с

Еще

Статья научная