Устойчивость сортов и линий пшеницы, ячменя и сорго к региональному типу засухи (04.04.2011)

Автор: Ионова Елена Витальевна

Корреляционный анализ показал высокую связь между массой колоса и площадью проводящих пучков сортов озимой мягкой пшеницы в фазу молочной (r =0,99) и восковой (r =0,97) спелости зерна. В сортах твердой пшеницы этот показатель был r =0,89 и r =0,99 соответственно. Сорта мягкой пшеницы имели слабую корреляционную связь между массой колоса и площадью выполненной части стебля. В фазу молочной спелости зерна она составила r =0,21, а в фазу восковой – r =0,29.

Рис. 4. Взаимосвязь площади поперечного сечения проводящей системы колосонесущего междоузлия (пучки) и массы колоса в фазах молочной и восковой спелости зерна озимой мягкой пшеницы (острозасушливые 2003,2005,2007 гг.)

Ермак 3. Гарант 5. Девиз 7. Станичная

Дон 93 4. Колос Дона 6. Зарница 8. Донской сюрприз

Рис. 5. Взаимосвязь площади поперечного сечения проводящей системы колосонесущего междоузлия (пучки) и массы колоса в фазах молочной и восковой спелости зерна твердой пшеницы (острозасушливые 2003,2005,2007 гг.)

Новинка 4 3. Жемчужина Дона 5. Курант 7. Гелиос

Терра 4. Аксинит 6. Топаз Коэффициент детерминации (квадраты по эффективности корреляции) между этими значениями равны 0,992= 0,98 и 0,972= 0,94. Это значит, что масса колоса и площадь проводящих пучков в 98 и 94% случаев контролируется генотипами сортов и только в 2 и 6% случаев эти два признака формируются под влиянием внешних условий.

Высокопродуктивные сорта озимой твердой пшеницы, формирующие больший по массе колос, обладали высокими значениями выполненной части поперечного сечения колосонесущего междоузлия, содержащего соответственно большую площадь проводящих элементов – сосудистых пучков. Корреляционная зависимость массы колоса и площади выполненной части стебля твердой пшеницы в фазу молочной спелости зерна была слабой и составила r =0,03. Это объясняется тем, что в твердой пшенице, по сравнению с мягкой, выполненная часть стебля в эту фазу развития, была больше в 3,5 раза. Увеличение массы колоса происходит в сортах с разной интенсивностью, зависящей от его генетических особенностей и условий роста растений. Таким образом, разное развитие этих признаков и отражается на величине корреляционной зависимости между ними. В фазу восковой спелости зерна при завершении роста стебля и прекращении налива зерна корреляционная связь возрастала и составляла r =0,73 (высокая). Коэффициент детерминации (квадрат коэффициента корреляции) между значениями этих признаков составляет (0,732=0,53). Это означает, что эти два признака: масса колоса и площадь выполненной части стебля твердой пшеницы в 53% случаев контролируется генотипами сортов и в 47% случаев их значения зависят от других факторов, в том числе и экологических.

Установлено, что отбор устойчивых к засухе образцов по величине массы колоса возможен только в сортах мягкой пшеницы. Потому что у нее практически отсутствует корреляционная связь массы колоса и площади проводящих пучков с площадью выполненной части стебля. В сортах твердой пшеницы эта связь присутствует. Увеличение площади стебля современных сортов твердой пшеницы сопровождается ростом проводящих элементов междоузлий и в результате возрастает интенсивность поступления ассимилятов в колос и увеличение его массы. В засухоустойчивых сортах мягкой пшеницы с проводящей системой стебля наблюдаются изменения другого характера, а точнее, происходит включение физиологических механизмов адаптации растений к стрессу.

Ранее было установлено, что современные пшеницы характеризуются большим объемом перемещаемых в колос ассимилятов, чем дикие и примитивные культурные формы. В нашем случае, очевидно, что единица проводящей системы разных сортов, участвуя в передвижении ассимилятов из вегетативных органов в колос, работает с не одинаковой нагрузкой, связанной с величиной продуктивности сорта.

Сравнивая современные сорта VI этапа сортосмены (2000-2009 гг.) Дон 93, Ермак, Гарант (мягкая пшеница); Аксинит, Курант (твердая пшеница) с сортами предыдущих сортосмен V этап (1990-1999 гг.) Дон 85 (мягкая пшеница); Янтарь Поволжья, Новинка 4 (твердая пшеница) по значениям снабжения колоса ассимилятами, следует отметить, что в современных сортах эти показатели значительно выше.

В сортах мягкой пшеницы Ермак, Дон 93 и Гарант относительная плотность проводящих пучков на единицу площади поперечного сечения колосонесущего междоузлия составила 0,15; 0,13 и 0,11 соответственно, а в сорте Дон 85 она равна 0,05. Идентичные результаты наблюдались в сортах озимой твердой пшеницы. Максимальная плотность пучков отмечена в современных сортах Аксинит (0,19) и Курант (0,18), а минимальная в Новинке 4 (0,13) и Янтаре Поволжья (0,07).

Следует отметить, что современные сорта пшениц имеют более разветвленную проводящую систему во все фазы развития растений и формируют большую массу колоса в сравнении с образцами предыдущих этапов селекции.

Изучены параметры проводящей системы колосонесущего междоузлия озимой пшеницы в условиях оптимального увлажнения (2004,2006 гг.). Рост верхнего междоузлия в условиях оптимального увлажнения в большинстве сортов озимой пшеницы продолжался и после наступления фазы молочной спелости зерна, тогда как в условиях засухи прекращение роста происходило значительно раньше.

Рассматривая анатомическое строение проводящей системы стебля пшеницы, при оптимальном увлажнении отмечено наличие коррелятивных отношений между площадью сосудистых пучков, поперечным сечением стебля и массой колоса. Величины этих связей в сортах, относящихся к разным видам пшениц, имели различия. Высокопродуктивные сорта твердой пшеницы, формирующие больший по массе колос, обладали высокими значениями поперечного сечения выполненной части колосонесущего междоузлия и повышенной площадью проводящих элементов – сосудистых пучков. Сорта мягкой пшеницы формировали при оптимальных условиях по водообеспеченности практически одинаковую по площади проводящую систему стебля, способную в достаточном количестве снабжать растения питательными веществами. Поэтому основным критерием оценки этих сортов, сформировавших разную массу колоса, являлась величина их продуктивности.

Таким образом, дальнейший рост хозяйственной продуктивности озимой пшеницы невозможен без усиления в ней фотосинтетической и транспортной функции. Решение данной проблемы заключается в поиске генотипов с повышенной продуктивностью хлоропластов и в отборе растений, способных обеспечить стабильный режим обмена веществ в изменяющихся условиях среды обитания.

6.2.5. Лист пшеницы и строение его проводящей системы

В работе показан вклад проводящей системы листа в передвижение питательных веществ растения. Рассмотрена роль жилок (нервов) как проводников воды и распределителей ассимилятов. Установлена корреляционная зависимость значений массы 1000 семян и количества нервов листа мягкой пшеницы (r =0,89 высокая). Определено, что сорта, сформировавшие мощную проводящую систему листьев, имели и более развитую в условиях стресса (водного и температурного) проводящую систему стебля. Корреляционные связи значений проводящих систем листьев и стебля сортов мягкой и твердой пшениц были высокими и составляли r = 0,73 и r = 0,98, а коэффициенты детерминации были 0,53 и 0,96 соответственно.

Установлено, что засухоустойчивые сорта пшеницы анатомическим строением листьев приспособлены не к сокращению оттока питательных веществ из листьев в генеративные органы, а к увеличению интенсивности этого передвижения в сравнении с незасухоустойчивыми образцами, формируя в условиях стресса более мощную проводящую систему.

6.2.6. Устойчивость растений озимой твердой пшеницы к полеганию

Изучены негативные последствия и причины полегания растений твердой пшеницы. Показана необходимость рассматривать стебель как единую конструкцию, имеющую сложное строение.

Установлено, что основными признаками, определяющими устойчивость к полеганию, являются элементы внутренней структуры стебля. В числе основных из них: количество сосудисто-волокнистых пучков, толщина кольца механической ткани, величина склерификации клеточных стенок всех тканей. Выявлено, что полегание растений зависит от диаметра двух междоузлий у корня и верхнего колосонесущего междоузлия. Главным средством борьбы с полеганием является создание и внедрение в производство неполегающих сортов (Новинка 4, Топаз, Курант, Аксинит).

7. ЯРОВОЙ ЯЧМЕНЬ

В диссертации раскрыто понятие засухоустойчивости растений в физиологическом смысле, установлены критерии засухоустойчивости и показана их реакция на водный и температурный стрессы. Приведены площади возделывания ярового ячменя в Северо-Кавказском регионе и его удельный вес в производстве фуражного зерна.

7.1. Засухоустойчивость ярового ячменя в начальный период развития

7.1.1. Устойчивость ярового ячменя к перегреву и обезвоживанию

Проведена комплексная оценка засухоустойчивости образов ярового ячменя. На первом этапе начальная оценка образцов проведена по интенсивности гидролиза статолитного крахмала в клетках корневого чехлика. Установлена зависимость скорости гидролиза крахмала от величины устойчивости растений к потере воды и действию высокой температуры. Чем выше жаро- и засухоустойчивость растений, тем медленнее гидролизуется крахмал.

Проведена оценка величины сохранности растений ярового ячменя под влиянием засухи различного срока действия (рис. 6).

Рис. 6. Выживаемость растений ячменя под воздействием засухи, %

Выживаемость растений при засухе в течение трех дней была в пределах 47-57%. Увеличение срока действия засухи до 5 дней снизило количество сохранившихся растений еще на 12%. Отмечена высокая корреляционная связь результатов данного метода исследования с величинами засухоустойчивости (r = 0,91) и урожайностью зерна (r = 0,79) сортов ярового ячменя. Коэффициенты детерминации равны: (0,912=0,83) и (0,792=0,62) соответственно. В данном случае проявление генотипов более высокое, чем других факторов.

7.1.2. Прорастание семян ярового ячменя при различных условиях водообеспеченности

Рассмотрена причина отсутствия наклевывания и прорастания семян ярового ячменя при 30% количестве воды в почве от их массы. Установлено, что для образцов ярового ячменя критическим порогом количества доступной влаги являлось 35% от массы семени. Выделены образцы с повышенной сосущей силой семян, способных трогаться в рост при минимуме поглощенной воды (Леон, Зерноградский 244, Заветный, Зерноградский 1274).

7.1.3. Морфологические критерии оценки продуктивности и засухоустойчивости ярового ячменя

В работе рассмотрены методы, используемые для оценки потенциальной продуктивности образцов ярового ячменя. Оценивая величину дисперсии изучаемых параметров, а именно, определение убыли массы семян при их прорастании и интенсивности роста зародышевых корней под влиянием стрессов (водного и температурного), рекомендуется использовать эти показатели при диагностике устойчивости образцов к засухе. Минимальные изменения массы зерновки при прорастании и максимально высокая продуктивность в полевом опыте (засушливые условия) отмечены в сорте Сокол (убыль массы зерновки - 9%, урожайность – 5,99 т/га), а в условиях «засушника» - в сортах Леон (6% и 1,7 т/га) и Сокол (12% и 1,45 т/га).

Оценкой величины продуктивности ярового ячменя по интенсивности роста зародышевых корней установлено, что сорта, сохранявшие высокую интенсивность роста зародышевых корней – в период перехода от гетеротрофного питания к автотрофному, образовали в дальнейшем большую корневую систему и «захватывали» максимальный объем почвы, являясь в итоге более продуктивными. В высокопродуктивных сортах ярового ячменя Тонус (4,3 т/га), Заветный (4,4 т/га), Ясный (4,3 т/га) и Ратник (4,2 т/га) зафиксированы лучшие показатели величины относительного прироста зародышевых корней - 68, 65, 63 и 60% соответственно.

Величина изученных морфо-физиологических параметров зависит в основном от генотипа и частично от условий выращивания семян. Относительная стабильность изучаемых параметров позволяет использовать их для характеристики продуктивности образцов ярового ячменя при первичной оценке селекционного материала.

7.2. Механизмы адаптации к стрессу вегетирующих растений ярового ячменя в разные фазы и условия развития

7.2.1. Показатели водного режима растений ярового ячменя

в условиях засухи

В работе обозначены факторы, снижающие продуктивность растений. Определены параметры и изучены показатели водного режима растений: водоудерживающая способность (ВУС), оводненность (ОВ), водопоглощающая способность (ВПС) и водный дефицит (ВД). Учитывались все изучаемые параметры, но определяющей являлась величина ВУС листьев растений. Изучена динамика изменения водного режима исследуемых сортов ярового ячменя в фазы цветения и молочной спелости зерна. ОВ листьев ярового ячменя в эти фазы развития составила 65-76 и 50-73% соответственно. Минимальный рост ВД в фазы органогенеза зафиксирован в сортах Зерноградский 244 (с 8 до 11%), Заветный (с 12 до 17%), Приазовский 9 (с 10 до 15%), а максимальный прирост дефицита влаги отмечен в сорте Зерноградский 73 (с 8 до 38%). Показано, что определение параметров водообмена в разные фазы развития растений способствует выявлению их реакции на неблагоприятные факторы среды. В производственных условиях растения под воздействием стресса расширяли адаптивные способности организма. Отмечены высокие показатели ВУС сортов Зерноградский 244, Заветный, Приазовский 9 (рис. 7).


загрузка...