Симбиотическая эффективность генотипов гороха посевного (Pisum sativum L.) при моделировании в вегетационном эксперименте

Симбиотическая эффективность генотипов гороха посевного (Pisum sativum L.) при моделировании в вегетационном эксперименте

Автор: Жуков В.А., Ахтемова Гульнара Асановна, Жернаков Александр Игоревич, Сулима Антон Сергеевич, Штарк Оксана Юрьевна, Тихонович Игорь Анатольевич

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Анализ и отбор генотипов

Статья в выпуске: 3 т.52, 2017 года.

Бесплатный доступ

Для успешного использования растительно-микробных систем на основе бобовых в сельском хозяйстве необходимо создавать принципиально новые культурные сорта, способные эффективно взаимодействовать с полезными почвенными микроорганизмами. Для селекции сортов бобовых предлагается рассматривать интегральный признак эффективность взаимодействия с полезными почвенными микроорганизмами (ЭВППМ), который рассчитывается как прибавка ряда агрономически значимых параметров (биомасса растений, число и общая биомасса семян, а также масса 1000 семян) при обработке микробиологическими препаратами по сравнению с необработанным контролем. Целью нашего исследования была оценка эффективности взаимодействия двух генотипов гороха ( Pisum sativum L.) (высокоэффективного и низкоэффективного в условиях полевого опыта) с полезными почвенными микроорганизмами в модельном вегетационном эксперименте. В работе использовали высокоэффективный в симбиозе с клубеньковыми бактериями и арбускулярно-микоризными грибами генотип к-8274 (Франция, сорт Vendevil) и низкоэффективный к-3358 (Саратовская обл., Россия) из коллекции культурного гороха ВИР (Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова, г. Санкт-Петербург). Растения выращивали в летний сезон 2012 года в вегетационных домиках в сосудах объемом 5 л на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве. Применяли следующие варианты обработки: контроль (необработанная почва); клубеньковые бактерии + арбускулярно-микоризные грибы (КБ + АМГ); КБ; минеральные удобрения (NPK). Сравнивали также эффект низкой (с поливом 30 % от полной влагоемкости, ПВ) и оптимальной (60 % от ПВ) увлажненности. Повторность опыта 6-кратная для оптимального полива и 3-кратная для варианта 30 % от ПВ. Минеральные удобрения (NPK) вносили в виде чистых солей в дозе 0,1 мг д.в. на 1 кг почвы. Для инокуляции КБ использовали эффективный штамм Rhizobium leguminosarum bv. viciae RCAM1026. Микоризные грибы для инокуляции выращивали на корнях сорго ( Sorghum sp.). Применяли смешанный инокулюм, содержащий три изолята АМГ: Rhizophagus irregularis (syn. Glomus intraradices ) RCAM8 (= BEG144), R. irregularis BEG53 и Glomus sp. ST3. Образцы отбирали на стадии бутонизации-цветения через 1 мес после посадки (для подсчета клубеньков и определения сухой биомассы растений) и в конце вегетации примерно через 3 мес после посадки (для определения сухой биомассы растений, биомассы и числа семян). При выращивании в сосудах высокоэффективные и низкоэффективные генотипы гороха демонстрировали ожидаемые различия по признаку ЭВППМ. Так, сухая биомасса надземной части растений, собранных после 1 мес вегетации, у высокоэффективного генотипа к-8274 достоверно повышалась относительно контроля в вариантах КБ и NPK. В то же время у низкоэффективного генотипа к-3358 этот показатель достоверно увеличивался только под действием минеральных удобрений, но не клубеньковых бактерий. Также при обработке КБ у генотипа к-8274 увеличивалась масса 1000 семян, в то время как у генотипа К-3358 она несколько уменьшалась. Выявлено статистически достоверное негативное действие низкой увлажненности почвы на все оцененные параметры у к-3358 и на большинство показателей у к-8274. Таким образом, растения, выращенные в условиях вегетационного эксперимента, эквивалентны полученным в полевых условиях и могут использоваться для определения физиолого-биохимических маркеров функционирования симбиотических систем с целью выявления молекулярных основ признака ЭВППМ. Для моделирования признака ЭВППМ на горохе в условиях вегетационных экспериментов рекомендуется использовать не менее 6 повторностей для каждого генотипа. Необходимо также тщательно контролировать увлажненность почвы.

Еще

Бобово-ризобиальный симбиоз, арбуcкулярная микориза, симбиотическая эффективность, горох посевной

Короткий адрес: https://sciup.org/142214160

IDR: 142214160   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2017.3.607rus

Список литературы Симбиотическая эффективность генотипов гороха посевного (Pisum sativum L.) при моделировании в вегетационном эксперименте

  • Beddington J. Food security: contributions from science to a new and greener revolution. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B: Biological Sciences, 2010, 365(1537): 61-71 ( ) DOI: 10.1098/rstb.2009.0201
  • O'Callaghan M. Microbial inoculation of seed for improved crop performance: issues and opportunities. Appl. Microbial. Biot., 2016, 100(13): 5729-5746 ( ) DOI: 10.1007/s00253-016-7590-9
  • FAOSTAT 2014. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Режим доступа: www.faostat.fao.org. Без даты.
  • Handbook of microbial biofertilizers/M.K. Rai (ed.). Haworth Press Technology Engineering, 2006.
  • IJdo M., Cranenbrouck S., Declerck S. Methods for large-scale production of AM fungi: past, present, and future. Mycorrhiza, 2011, 21: 1-16 ( ) DOI: 10.1007/s00572-010-0337-z
  • Чеботарь В.К., Наумкина Т.С., Борисов А.Ю. Комплексное микробное удобрение «БисолбиМикс»: фундаментальные основы, способы производства и применения, назначение/Под ред. А.Ю. Борисова. СПб, 2015.
  • Shtark O., Kumari S., Singh R., Sulima A., Akhtemova G., Zhukov V., Shcherbakov A., Shcherbakova E., Adholeya A., Borisov A. Advances and prospects for development of multi-component microbial inoculant for legumes. Legume Perspectives, 2015, 8: 40-44.
  • Xavier L.J.C., Germida J.J. Response of lentil under controlled conditions to co-inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi and rhizobia varying in efficacy. Soil Biol. Biochem., 2002, 34(2): 181-188 ( ) DOI: 10.1016/S0038-0717(01)00165-1
  • Лабутова Н.М., Поляков А.И., Лях В.А., Гордон В.Л. Влияние инокуляции клубеньковыми бактериями и эндомикоризным грибом Glomus intraradices на урожай различных сортов сои и содержание белка и масла в семенах. Доклады РАСХН, 2004, 4(2): 2-4.
  • Штарк О.Ю., Данилова Т.Н., Наумкина Т.С., Васильчиков А.Г., Чеботарь В.К., Казаков А.Е., Жернаков А.И., Неманкин Т.А., Прилепская Н.А., Борисов А.Ю., Тихонович И.А. Анализ исходного материала гороха посевного (Pisum sativum L.) для селекции сортов с высоким симбиотическим потенциалом и выбор параметров для его оценки. Экологическая генетика, 2006, 4(2): 22-28.
  • Данилова Т.Н. Эффективность взаимодействия гороха (Pisum sativum L.) с комплексом полезной почвенной микрофлоры. Новый признак селекции зернобобовых культур. Автореф. канд. дис. СПб, 2011.
  • Парахин Н.В., Наумкина Т.С., Осин А.А., Осина В.С. Роль биопрепаратов в повышении симбиоза и продуктивности фасоли. Вестник орловского государственного аграрного университета, 2008, 4: 2-4.
  • Наумкина Т.С., Суворова Г.Н., Васильчиков А.Г., Мирошникова М.П., Барбашов М.В., Донская М.В., Донской М.М., Громова Т.А., Наумкин В.В. Создание высокоэффективных растительно-микробных систем фасоли. Зернобобовые и крупяные культуры, 2012, 2: 21-26.
  • Лобков В.Т., Донская М.В., Васильчиков А.Г. Повышение эффективности симбиотических систем нута (Cicer arietinum L.). Вестник орловского государственного аграрного университета, 2011, 30(3): 39-43.
  • Lüscher A., Mueller-Harvey I., Soussana J.F., Rees R.M., Peyraud J.L. Potential of legume-based grassland-livestock systems in Europe: a review. Grass Forage Sci., 2014, 69(2): 206-228 ( ) DOI: 10.1111/gfs.12124
  • Oldroyd G.E.D., Dixon R. Biotechnological solutions to the nitrogen problem. Curr. Opin. Biotech., 2014, 26: 19-24 ( ) DOI: 10.1016/j.copbio.2013.08.006
  • Штарк О.Ю., Жуков В.А., Сулима А.С., Сингх Р., Наумкина Т.С., Ахтемова Г.А., Борисов А.Ю. Перспективы использования многокомпонентных симбиотических систем бобовых. Экологическая генетика, 2015, 13(1): 33-46 ( ) DOI: 10.17816/ecogen13133-46
  • Zhukov V.A., Shtark O.Y., Borisov A.Y., Tikhonovich I.A. Breeding to improve symbiotic effectiveness of legumes. In: Plant breeding from laboratories to fields/S.B. Andersen (ed.). Rijeka, 2013: 167-207.
  • Graham P.H., Hungria M., Tlusty B. Breeding for better nitrogen fixation in grain legumes: where do the rhizobia fit in? Crop Management, 2004 ( ) DOI: 10.1094/CM-2004-0301-02-RV
  • Rengel Z. Breeding for better symbiosis. Plant Soil, 2002, 245: 147-162 ( ) DOI: 10.1023/A:1020692715291
  • Сидорова K.K., Гончарова А.В., Гончаров П.Л., Шумный В.К. Селекция кормового гороха (Pisum sativum L) на повышение азотфиксации с использованием симбиотических мутантов. Сельскохозяйственная биология, 2012, 1: 105-109 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2012.1.105rus
  • Shtark O.Y., Borisov A.Y., Zhukov V.A., Tikhonovich I.A. Mutually beneficial legume symbioses with soil microbes and their potential for plant production. Symbiosis, 2012, 57(3): 51-62 ( ) DOI: 10.1007/s13199-013-0226-2
  • Борисов А.Ю., Цыганов В.Е., Штарк О.Ю., Якоби Л.М., Наумкина Т.С., Сердюк В.П., Вишнякова М.А. Горох (Симбиотическая эффективность): Каталог мировой коллекции ВИР/Под ред. И.А. Тихоновича, М.А. Вишняковой. СПб, 2002, вып. 728.
  • Агрохимические методы исследования почв/Под ред. А.В. Соколова. М., 1975.
  • Safronova V.I., Novikova N.I. Comparison of two methods for root nodule bacteria preservation: lyophilization and liquid nitrogen freezing. J. Microbial. Meth., 1996, 24(3): 231-237 ( ) DOI: 10.1016/0167-7012(95)00042-9
  • Afonin A., Sulima A., Zhernakov A., Zhukov V. Draft genome of the strain RCAM1026 Rhizobium leguminosarum bv. viciae. Genomics Data, 2017, 11: 85-86 ( ) DOI: 10.1016/j.gdata.2016.12.003
  • Борисов А.Ю., Розов С.М., Цыганов В.Е., Куликова О.А., Колычева А.Н., Якоби Л.М., Овцына А.О., Тихонович И.А. Выявление симбиотических генов гороха (Pisum sativum L.) с использованием экспериментального мутагенеза. Генетика, 1994, 30(11): 1484-1494.
  • Цыганов В.Е., Ворошилова В.А., Кукалев А.С., Якоби Л.М., Азарова Т.С., Борисов А.Ю., Тихонович И.А. Гены гороха (Pisum sativum L.) Sym14 и Sym35 контролируют инициацию роста инфекционной нити в процессе развития симбиотических клубеньков. Генетика, 1999, 35(3): 352-360.
  • Ахтемова Г.А., Першина Е.В., Пинаев А.Г., Андронов Е.Е., Штарк О.Ю., Чеботарь В.К., Борисов А.Ю., Тихонович И.А., Кипрушкина Е.И., Абдурашитов С.Ф., Джианиназзи-Пирсон В. Формирование структуры бактериального сообщества в отвалах заводов по переработке Сахарной свеклы. Сахар, 2010, 10: 30-36.
  • Oka-Kira E., Kawaguchi M. Long-distance signaling to control root nodule number. Curr. Opin. Plant Biol., 2006, 9(5): 496-502 ( ) DOI: 10.1016/j.pbi.2006.07.012
  • Mortier V., Holsters M., Goormachtig S. Never too many? How legumes control nodule numbers. Plant, Cell & Environment, 2012, 35(2): 245-258 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-3040.2011.02406.x
  • Штарк О.Ю., Борисов А.Ю., Жуков В.А., Неманкин Т.А., Тихонович И.А. Многокомпонентный симбиоз бобовых c полезными почвенными микроорганизмами: генетическое и эволюционное обоснование использования в адаптивном растениеводстве. Экологическая генетика, 2011, 2: 80-94.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp