Помощь студентам в учебе
Генетическое разнообразие по кислотоустойчивости образцов овса посевного различного географического происхождения
|
Введение…………………………………………………………………………………
1. Обзор литературы
1.1. Овес. Биолого-морфологические особенности……………………………
1.2. Алюминий и кислотность почв…………………………………………….
1.3. Фитотоксичность растений к алюминию………………………………….
1.4. Кислотоустойчивость растений…………………………………………….
1.5. Микроэлементный состав растений………………………………………..
2. Материалы и методы исследований
2.1. Полевой опыт
2.2. Определение кислотоустойчивости………………………………………..
2.3. Определение микроэлементного состава………………………………….
3. Результаты экспериментов и их обсуждение………………………………………
3.1. Хозяйственно ценные признаки……………………………………………
3.2. Кислотоустойчивость сортов овса…………………………………………
3.2.1. Влияние года репродукции на показатели кислотоустойчивости овса
3.2.2. Разнообразие сортов овса по кислотоустойчивости……………….
3.3. Микроэлементный состав зерновок сортов овса…………………………..
3.4. Корреляционный анализ изученных показателей
Заключение
Литература
Приложение
1. Обзор литературы
1.1. Овес. Биолого-морфологические особенности……………………………
1.2. Алюминий и кислотность почв…………………………………………….
1.3. Фитотоксичность растений к алюминию………………………………….
1.4. Кислотоустойчивость растений…………………………………………….
1.5. Микроэлементный состав растений………………………………………..
2. Материалы и методы исследований
2.1. Полевой опыт
2.2. Определение кислотоустойчивости………………………………………..
2.3. Определение микроэлементного состава………………………………….
3. Результаты экспериментов и их обсуждение………………………………………
3.1. Хозяйственно ценные признаки……………………………………………
3.2. Кислотоустойчивость сортов овса…………………………………………
3.2.1. Влияние года репродукции на показатели кислотоустойчивости овса
3.2.2. Разнообразие сортов овса по кислотоустойчивости……………….
3.3. Микроэлементный состав зерновок сортов овса…………………………..
3.4. Корреляционный анализ изученных показателей
Заключение
Литература
Приложение
Нечерноземная зона России – зона гарантированного урожая всех основных сельскохозяйственных культур. Ее вклад в реализацию доктрины продовольственной безопасности страны с годами будет только увеличиваться. Это обусловлено природно-климатическими факторами.
О необходимости развития Нечерноземья говорил выдающийся агрохимик академик Д. Н. Прянишников. В своих трудах он писал: «Нечерноземье сильных засух не знает, при этом урожайность при правильном подходе дает хорошую. Поэтому его стратегически выгодно превратить в житницу страны. Это как построить дамбу, которая навсегда защитит от неурожаев» (Шевченко, 2019).
Однако сдерживающими факторами в формировании эффективного и конкурентоспособного сельскохозяйственного производства, способного обеспечить решение актуальных задач отечественного агропромышленного комплекса, на ряду с избыточным увлажнением земель, малым содержанием гумуса, является так же и повышенная кислотность почв (Кизяев, 2019).
На территории России общая площадь, занятая кислыми почвами, исчисляется десятками миллионов гектаров и включает большую часть почв тундровой, таежной и лесостепной зоны, бурые лесные почвы, выщелоченные и оподзоленные черноземы, солоди и некоторые другие почвы (Климашевский, 1991).
К кислым относятся почвы, имеющие значение рН (водородного показателя) водной вытяжки в стандартных условиях ниже 7.Кислая реакция почв является одним из основных эдафических факторов, лимитирующих урожайность большинства сельскохозяйственных культур.
Токсическое действие почвенной кислотности связано с высоким содержанием ионов водорода, алюминия, железа, меди, доступность которых резко возрастает на фоне низких значений рН почвенного раствора. Наиболее негативно сказывается на жизнедеятельность растений избыток алюминия в почве, кроме того, этот токсикант чаще других распространен в почвах Нечерноземной зоны России. Повреждающее воздействие алюминия заключается в подавление митотической активности корней, повреждении клеточных мембран, нарушение метаболических процессов в растении в связи с резкими изменениями поглощения, транспорта и использования важнейших элементов питания растений: калия, фосфора, кальция, магния, меди, цинка, молибдена, железа.
Большая часть сельскохозяйственных культур, в том числе пшеница, овес, кукуруза, сахарная свекла, подсолнечник, люцерна, многолетние травы и другие, а также плодовые деревья и кустарники, дают наиболее высокие урожаи в условиях слабокислой или нейтральной реакции среды, т.е. в интервале значений рН от 6 до 7 (Соколова, 2012).
Для снижения почвенной кислотности используют различные вещества, уменьшающие активность ионов в растворе, наиболее широко распространенным приемом является известкование – внесение в качестве мелиорантов раздробленной извести или доломитовой муки. Но несмотря на широкие масштабы известкования почв, остается тенденция к расширению ареала кислых почв, которая объясняется совокупным влиянием ряда факторов, прежде всего антропогенных, из которых наиболее важными являются ежегодное отчуждение с высокими урожаями большого количества оснований и кислотные осадки. Известкования почвы является дорогостоящим и не всегда эффективным приемом (Косарева, 1995). В настоящее время все больше внимания уделяют селекционному подходу решения проблемы, суть которого заключается в создании кислотоустойчивых сортов растений. Развитию данного подхода способствуют значительная внутривидовая вариабельность признака алюмотолерантости сельскохозяйственных культур и сравнительно несложные схемы скрининга и селекции (Вишнякова, 2015).
Реакции большинства сельскохозяйственных культур на pH почвенного раствора хорошо изучена, составлен ряд классификаций по кислотоустойчивости, на основе чего составляется районирование в той или иной почвенно-климатической зоне. Для зерновых культур Н. С. Авдонин (1972) составил следующую шкалу кислотоустойчивости по степени убывания: овес, пшеница яровая, ячмень, рожь и пшеница озимая. В меньшей степени изучены внутривидовые различия по данному признаку, хотя известно, что они часто перекрывают межвидовую дифференциацию по устойчивости к ионной токсичности.
Род Avena L. представлен культурными видами, имеющими большое практическое значение. Овес посевной (Avenasativa L.) – одна из наиболее важных зерновых сельскохозяйственных культур на земном шаре, занимающая около 20 млн. га пахотных земель. Средняя урожайность овса в Российской Федерации сравнительно невысока и составляет 18-20 ц/ га. Поскольку значительная часть посевов овса находится на территории, занятой кислыми почвами, алюмотолерантность является агрономически ценным признаком современных сортов.
Овес относится к кислотоустойчивым культурам, что связано с высокой поглотительной способностью корневой системы, обеспечивающей поступление труднорастворимых элементов питания в растения. Однако, как показал анализ генофонда овса, образцы в значительной степени дифференцированы по алюмоустойчивости. Введение в селекционную работу высокотолерантных генотипов будет способствовать получению высокопродуктивных эдафически устойчивых сортов овса (Косарева, 1995).
Дефицит микроэлементов, связанный с низким потреблением пищи, является самой распространенной проблемой общественного здравоохранения во всем мире. Это особенно видно в рационах на основе зерновых культур, которые бедны по количеству и биодоступности микроэлементов. Как правило, самый высокий генетический потенциал содержания микроэлементов наблюдается у ячменя и овса. Изучение и выделение сортов зерновых культур с высоким содержанием микроэлементов важны для селекционных программ и для получения качественных, функциональных продуктов питания.
Целью данной работы является определение генетического разнообразия по кислотоустойчивости образцов овса посевного различного географического происхождения, выделение контрастных по устойчивости к алюминию и микроэлементному составу генотипов овса, нахождение корреляций между кислотоустойчивыми образцами, хозяйственно ценными признаками и микроэлементным составом зерновок, что может послужить базой при проведении исследований, разработок методик, связанных с изучением механизмов кислотоустойчивости овса (AvenasativaL) и использованием выделенного разнообразия образцов коллекции ВИР, как исходного материала для селекции.
Исследования по определению микроэлементного состава зерновок овса проведены с использованием оборудования ресурсного центра "Методы анализа состава вещества" научного парка СПбГУ
О необходимости развития Нечерноземья говорил выдающийся агрохимик академик Д. Н. Прянишников. В своих трудах он писал: «Нечерноземье сильных засух не знает, при этом урожайность при правильном подходе дает хорошую. Поэтому его стратегически выгодно превратить в житницу страны. Это как построить дамбу, которая навсегда защитит от неурожаев» (Шевченко, 2019).
Однако сдерживающими факторами в формировании эффективного и конкурентоспособного сельскохозяйственного производства, способного обеспечить решение актуальных задач отечественного агропромышленного комплекса, на ряду с избыточным увлажнением земель, малым содержанием гумуса, является так же и повышенная кислотность почв (Кизяев, 2019).
На территории России общая площадь, занятая кислыми почвами, исчисляется десятками миллионов гектаров и включает большую часть почв тундровой, таежной и лесостепной зоны, бурые лесные почвы, выщелоченные и оподзоленные черноземы, солоди и некоторые другие почвы (Климашевский, 1991).
К кислым относятся почвы, имеющие значение рН (водородного показателя) водной вытяжки в стандартных условиях ниже 7.Кислая реакция почв является одним из основных эдафических факторов, лимитирующих урожайность большинства сельскохозяйственных культур.
Токсическое действие почвенной кислотности связано с высоким содержанием ионов водорода, алюминия, железа, меди, доступность которых резко возрастает на фоне низких значений рН почвенного раствора. Наиболее негативно сказывается на жизнедеятельность растений избыток алюминия в почве, кроме того, этот токсикант чаще других распространен в почвах Нечерноземной зоны России. Повреждающее воздействие алюминия заключается в подавление митотической активности корней, повреждении клеточных мембран, нарушение метаболических процессов в растении в связи с резкими изменениями поглощения, транспорта и использования важнейших элементов питания растений: калия, фосфора, кальция, магния, меди, цинка, молибдена, железа.
Большая часть сельскохозяйственных культур, в том числе пшеница, овес, кукуруза, сахарная свекла, подсолнечник, люцерна, многолетние травы и другие, а также плодовые деревья и кустарники, дают наиболее высокие урожаи в условиях слабокислой или нейтральной реакции среды, т.е. в интервале значений рН от 6 до 7 (Соколова, 2012).
Для снижения почвенной кислотности используют различные вещества, уменьшающие активность ионов в растворе, наиболее широко распространенным приемом является известкование – внесение в качестве мелиорантов раздробленной извести или доломитовой муки. Но несмотря на широкие масштабы известкования почв, остается тенденция к расширению ареала кислых почв, которая объясняется совокупным влиянием ряда факторов, прежде всего антропогенных, из которых наиболее важными являются ежегодное отчуждение с высокими урожаями большого количества оснований и кислотные осадки. Известкования почвы является дорогостоящим и не всегда эффективным приемом (Косарева, 1995). В настоящее время все больше внимания уделяют селекционному подходу решения проблемы, суть которого заключается в создании кислотоустойчивых сортов растений. Развитию данного подхода способствуют значительная внутривидовая вариабельность признака алюмотолерантости сельскохозяйственных культур и сравнительно несложные схемы скрининга и селекции (Вишнякова, 2015).
Реакции большинства сельскохозяйственных культур на pH почвенного раствора хорошо изучена, составлен ряд классификаций по кислотоустойчивости, на основе чего составляется районирование в той или иной почвенно-климатической зоне. Для зерновых культур Н. С. Авдонин (1972) составил следующую шкалу кислотоустойчивости по степени убывания: овес, пшеница яровая, ячмень, рожь и пшеница озимая. В меньшей степени изучены внутривидовые различия по данному признаку, хотя известно, что они часто перекрывают межвидовую дифференциацию по устойчивости к ионной токсичности.
Род Avena L. представлен культурными видами, имеющими большое практическое значение. Овес посевной (Avenasativa L.) – одна из наиболее важных зерновых сельскохозяйственных культур на земном шаре, занимающая около 20 млн. га пахотных земель. Средняя урожайность овса в Российской Федерации сравнительно невысока и составляет 18-20 ц/ га. Поскольку значительная часть посевов овса находится на территории, занятой кислыми почвами, алюмотолерантность является агрономически ценным признаком современных сортов.
Овес относится к кислотоустойчивым культурам, что связано с высокой поглотительной способностью корневой системы, обеспечивающей поступление труднорастворимых элементов питания в растения. Однако, как показал анализ генофонда овса, образцы в значительной степени дифференцированы по алюмоустойчивости. Введение в селекционную работу высокотолерантных генотипов будет способствовать получению высокопродуктивных эдафически устойчивых сортов овса (Косарева, 1995).
Дефицит микроэлементов, связанный с низким потреблением пищи, является самой распространенной проблемой общественного здравоохранения во всем мире. Это особенно видно в рационах на основе зерновых культур, которые бедны по количеству и биодоступности микроэлементов. Как правило, самый высокий генетический потенциал содержания микроэлементов наблюдается у ячменя и овса. Изучение и выделение сортов зерновых культур с высоким содержанием микроэлементов важны для селекционных программ и для получения качественных, функциональных продуктов питания.
Целью данной работы является определение генетического разнообразия по кислотоустойчивости образцов овса посевного различного географического происхождения, выделение контрастных по устойчивости к алюминию и микроэлементному составу генотипов овса, нахождение корреляций между кислотоустойчивыми образцами, хозяйственно ценными признаками и микроэлементным составом зерновок, что может послужить базой при проведении исследований, разработок методик, связанных с изучением механизмов кислотоустойчивости овса (AvenasativaL) и использованием выделенного разнообразия образцов коллекции ВИР, как исходного материала для селекции.
Исследования по определению микроэлементного состава зерновок овса проведены с использованием оборудования ресурсного центра "Методы анализа состава вещества" научного парка СПбГУ
Проведенное изучение образцов овса из мировой коллекции ВИР российского и французского происхождения разного уровня селекционной проработки выявило различия по хозяйственно ценным признакам, по показателям кислотоустойчивости и по содержание микроэлементов в зерновке. Изучение местных и примитивных селекционных сортов в сравнении с современными селекционными показало, что не только примитивные забытые сорта, но и местные сорта, которые были получены в результате народной селекции, могут обладать ценными хозяйственными признаками и быть рекомендованными для использования как исходный материал для селекции новых высокопродуктивных и устойчивых сортов овса. По комплексу хозяйственно ценных признаков выделены российские местные сорта (к-1461, к-1539), французский примитивный Avoine de Janne Ardennes (к-2108), российские современные селекционные сорта Медведь (к-15494), Всадник (к-15495) и французский сорт Chantilly (к-15401).
Изучение показателей кислотоустойчивости у набора сортов разного года репродукции не выявило значимых различий между ними, что говорит о достоверности используемого метода для определения лабораторной кислотоустойчивости. Результаты анализа показали, что местные сорта исследованной выборки имели средний и высокий уровень алюмоустойчивости, а селекционные сорта обладали широким диапазоном значений, включая неустойчивые сорта. По всей видимости, местные сорта являются более адаптивными по изученному признаку, но источники устойчивости могут быть найдены также и у селекционных сортов овса. Влияние страны происхождения на показатели кислотоустойчивости изученных сортов достоверно не было выявлено, но источники с показателями повышенной устойчивости можно чаще встретить среди французских сортов овса. Изучение показало, что наибольшими показателями устойчивости характеризуется группа сортов из Франции Noire de Michamps (к-14712), AvoineNueGrosse (к-2122), TropheeVilmorin (к-11145), Местный (к-5336), AvoineNoireInteresable (к-7795).
При рассмотрении полученных данных установлено, что у местных и примитивных сортов содержание всех изученных микроэлементов было меньше по сравнению с современными селекционными сортами овса, при том, что французские сорта имели явное преимущество перед российскими. Изучение показало, что наибольшим содержанием всех изученных микроэлементов обладали современные голозерные сорта – российский сорт Гаврош и французский Avoine Nue Renne, а среди пленчатых это был французский селекционный сорт Noire de Michamps (к-14712).
Корреляционный анализ, проведенный между всеми изученными показателями, установил, что хозяйственно ценные признаки слабо и не достоверно были связаны с толерантностью к алюминию и микроэлементным составом зерновок сортов овса. Только поражение растений корончатой ржавчиной было достоверно положительно связано с толерантностью к алюминию и содержаниемCu, Fe иMg в зерновках изученных сортов овса. Наиболее тесные значимые корреляции были найдены между содержанием в зерновках овса Fe, Mg и Zn.
Все выделенные сорта из разных групп российского и французского происхождения были разосланы в ведущие селекцентры РФ для включения их в селекционный процесс для создания новых высокопродуктивных, высокоустойчивых и высококачественных сортов овса.
Изучение показателей кислотоустойчивости у набора сортов разного года репродукции не выявило значимых различий между ними, что говорит о достоверности используемого метода для определения лабораторной кислотоустойчивости. Результаты анализа показали, что местные сорта исследованной выборки имели средний и высокий уровень алюмоустойчивости, а селекционные сорта обладали широким диапазоном значений, включая неустойчивые сорта. По всей видимости, местные сорта являются более адаптивными по изученному признаку, но источники устойчивости могут быть найдены также и у селекционных сортов овса. Влияние страны происхождения на показатели кислотоустойчивости изученных сортов достоверно не было выявлено, но источники с показателями повышенной устойчивости можно чаще встретить среди французских сортов овса. Изучение показало, что наибольшими показателями устойчивости характеризуется группа сортов из Франции Noire de Michamps (к-14712), AvoineNueGrosse (к-2122), TropheeVilmorin (к-11145), Местный (к-5336), AvoineNoireInteresable (к-7795).
При рассмотрении полученных данных установлено, что у местных и примитивных сортов содержание всех изученных микроэлементов было меньше по сравнению с современными селекционными сортами овса, при том, что французские сорта имели явное преимущество перед российскими. Изучение показало, что наибольшим содержанием всех изученных микроэлементов обладали современные голозерные сорта – российский сорт Гаврош и французский Avoine Nue Renne, а среди пленчатых это был французский селекционный сорт Noire de Michamps (к-14712).
Корреляционный анализ, проведенный между всеми изученными показателями, установил, что хозяйственно ценные признаки слабо и не достоверно были связаны с толерантностью к алюминию и микроэлементным составом зерновок сортов овса. Только поражение растений корончатой ржавчиной было достоверно положительно связано с толерантностью к алюминию и содержаниемCu, Fe иMg в зерновках изученных сортов овса. Наиболее тесные значимые корреляции были найдены между содержанием в зерновках овса Fe, Mg и Zn.
Все выделенные сорта из разных групп российского и французского происхождения были разосланы в ведущие селекцентры РФ для включения их в селекционный процесс для создания новых высокопродуктивных, высокоустойчивых и высококачественных сортов овса.