ГЕНЕТИКА РАСТЕНИЙ
УДК 631.559.2:631.522/24:631.527:635.656
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ МЕСТНЫХ ЭНДЕМИЧНЫХ ФОРМ ГОРОХА Pisum sativum L. ПО ПРИЗНАКАМ АЗОТФИКСАЦИИ И ПРОДУКТИВНОСТИ
© 2014 г. К. К. Сидорова, В. К. Шумный, М. Н. Гляненко, Е. Ю. Власова, Т. М. Мищенко
Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск 630090
e-mail: sidorova@bionet.nsc.ru Поступила в редакцию 16.05.2013 г.
Изучены морфологические и симбиотические признаки у местных эндемичных форм гороха, происходящих из Египта, Сирии, Афганистана и Палестины. В полевом и тепличном опытах ряд эндемичных форм превзошли по продуктивности семян районированный сорт кормового гороха Дружная. Для улучшения нодуляции и азотфиксации эндемичные формы скрещивали с суперклубеньковым мутантом К301, маркированным геном nod4. Проведен рекуррентный отбор линий до поколений F5 6 включительно с оценкой продуктивности, нодуляции и азотфиксации. Наиболее перспективные рекуррентные линии с высокой продуктивностью, активной нодуляцией и высокой азотфиксацией получены при скрещивании эндемичных форм с рекуррентной линией, маркированной геном nod4. Линия была создана ранее при скрещивании сорта Дружная с суперклубеньковым мутантом К301, маркированным геном nod4.
DOI: 10.7868/S0016675814010111
Зернобобовые культуры — горох, соя, вика, фасоль, нут, чечевица и др. — являются главным источником пищевого и кормового растительного белка. Во всех странах мира зернобобовые культуры занимают большие производственные площади [1]. Как и все бобовые, они являются отличным предшественником для последующих технических, зерновых и овощных культур в севооборотах. Это обусловлено их способностью вступать в симбиоз с клубеньковыми бактериями и фиксировать молекулярный азот из атмосферы. Под бобовые культуры нет необходимости вносить минеральные азотные удобрения, за исключением редких случаев внесения небольших стартовых доз на бедных по плодородию почвах. Как показали исследования, после бобовых растений в почве накапливается достаточно большое количество корневой и бактериальной биомассы с высоким содержанием азота, действие которого продолжается в последующие годы.
В настоящее время важной задачей является расширение биоразнообразия бобовых культур. Одним из источников является привлечение к возделыванию местных эндемичных (малоокуль-туренных) и стародавних сортов и форм. Кроме того, целесообразно использовать коллекции индуцированных мутантов, которые были созданы в период активных исследований по экспериментальному мутагенезу.
Бобовые культуры обладают двумя типами азотного питания: симбиотрофным (благодаря
кооперации с азотфиксирующими бактериями Rhizobium leguminosarum) и автотрофным (самостоятельное усвоение азотных соединений). Было установлено, что преобладание симбиотрофного питания азотом характерно для малоокультурен-ных видов, а преобладание автотрофного питания — для высокоокультуренных видов бобовых [2]. Это можно объяснить селекцией и длительным выращиванием растений в условиях достаточного или, нередко, избыточного обеспечения почв азотом, вносимым в виде минеральных и органических удобрений. До сих пор селекция бобовых ведется без учета симбиотических признаков. Это привело к обеднению генофонда бобовых генетическими факторами, контролирующими симбио-трофное питание.
Однако, как показывают результаты наших исследований на горохе, сортовые различия по но-дуляции и активности азотфиксации могут проявляться при выращивании растений в одинаковых условиях. В Институте цитологии и генетики СО РАН была проведена оценка сортов гороха (Pisum sativum L.) по нодуляции и азотфиксации. Опыты проводили дважды, выращивая растения в разных условиях: в гидропонной теплице на фоне полного минерального питания, используя в качестве субстрата керамзит, и в сосудах на фоне безазотного минерального удобрения, субстрат — кварцевый песок.
При одинаковых условиях выращивания сортовые различия по нодуляции и активности азот-
35
3*
Таблица 1. Признаки продуктивности у районированного кормового гороха сорта Дружная и местных эндемичных форм из Египта, Афганистана, Сирии и Палестины при выращивании растений в полевых условиях
Вариант Высота растения, см Продуктивность на одно растение Вегетационный период от посева до созревания, сут
число бобов число семян масса семян, г
Сорт Дружная 72.8 ± 1.0 5.1 ± 0.3 17.2 ± 1.2 3.0 ± 0.2 73
Местные эндемичные
формы из
Египета 89.2 ± 1.9* 5.0 ± 0.2 24.6 ± 1.2* 3.7 ± 0.2 72
Афганистана 72.4 ± 2.4 8.0 ± 0.5* 30.7 ± 2.2* 3.8 ± 0.3 72
Сирии 45.6 ± 1.0* 6.9 ± 0.5* 20.7 ± 2.1 2.1 ± 0.2 69
Палестины 47.7 ± 1.8* 4.3 ± 0.5 19.5 ± 2.0 1.8 ± 0.2* 71
* Разница с сортом достоверна при P> 0.95.
фиксации были весьма существенными [3]. Выделены сорта: Фаленский 6321, Торсдаг, Челябинский 24, Омский 7, которые в обоих опытах проявили высокую азотфиксацию по сравнению с другими сортами отечественного и иностранного происхождения.
Серия работ была посвящена изучению попу-ляционного полиморфизма по симбиотическим признакам у разных видов гороха и других бобовых культур [4—6]. На основании этих работ было сделано заключение, что в дикорастущих популяциях и в местных стародавних сортах полиморфизм по симбиотическим признакам выражен намного сильнее. Согласно теории Н.И. Вавилова, дикорастущие популяции и эндемичные формы растений являются природными резервуарами их наследственной изменчивости, которая может быть использована в селекции на улучшение хозяйственно-ценных (повышение продуктивности, скороспелости, устойчивости к болезням и вредителям), а также симбиотических признаков
[7].
Цель данного исследования — изучение морфологических и симбиотических признаков у местных эндемичных форм гороха, происходящих из разных стран, и выявление возможностей использования их в исследованиях по генетике и селекции данной культуры.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В опыт были включены полученные из коллекции ВИРа местные эндемичные формы гороха, происходящие из Египта (К3429), Сирии (К7006), Афганистана (К1881) и Палестины (К320). Горох Pisum sativum L. — обширная эндемичная группа, куда входят изучаемые нами формы [7]. Некоторые исследователи называют такие формы малоокультуренными. Для сравнения с этими формами в опыт был включен районированный сорт кормового гороха Дружная, созданный в ИЦиГ СО РАН совместно с Институтом кормов СО РАСХН.
Оценку растительного материала проводили по признакам, определяющим продуктивность растения (длина стебля, число и масса семян на растение).
Для повышения нодуляции и азотфиксации изучаемых форм использовали суперклубеньковый мутант К301, маркированный установленным нами геном супернодуляции — пой4 [8].
Для создания рекуррентных линий был использован разработанный нами метод селекции на повышение азотфиксации [9].
Исследования проводили в полевых условиях на опытно-экспериментальном участке ИЦиГ СО РАН, а также в теплице, где растения выращивали на стандартном фоне минерального питания, за исключением азота [10]. Учитывая отрицательное влияние азота на образование клубеньков, его начинали вносить в фазу полных всходов в дозе 20% от полной нормы. С фазы "6-7-й узел стебля" дозу азота увеличивали до полной нормы.
Состав питательной среды: основные элементы - Са^03), К2804, КН2Р04, М§804, микроэле-
менты — H3BO3,
MnSO4, CuSO4, ZnSO4,
^Н4)2Мо04, Бе804.
Инокуляцию штаммом 250а ЯН^оЫит по8агит, полученным из коллекции Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург — Пушкин), осуществляли в фазу проростков. Симбиотические показатели определяли в фазу "начало цветения"; число корневых клубеньков — визуально; активность азотфиксации — на газовом хроматографе "ЦВЕТ 500" Россия [11]. По каждому признаку анализировали по 10 растений в каждом варианте опыта.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Результаты полевого опыта, проведенного в очень засушливое лето 2012 г., показали, что по признакам семенной продуктивности некоторые эндемичные формы превзошли районированный сорт кормового гороха (табл. 1). По высоте расте-
Рис. 1. Бобы местных эндемичных форм гороха из Сирии (1), Афганистана (2), Палестины (3), Египта (4), сорта Дружная (5).
ний также выявлены различия: форма из Египта оказалась наиболее высокорослой — 89.2 см, а формы из Сирии и Палестины — низкорослыми (45.6 и 47.7 см соответственно). Высота растений у сорта Дружная была как у формы из Афганистана — 72.8 и 72.4 см соответственно. У сорта Дружная число семян на одно растение составило 17.2; у эндемичных форм этот показатель варьировал от 19.5 до 30.7. Изучаемые формы различались по размеру бобов и семян (рис. 1, 2). Самые мелкие бо-
бы и семена были у формы из Сирии, а самые крупные — у сорта Дружная.
В условиях теплицы у всех форм показатели продуктивности были выше, чем в полевых условиях. Как и в полевом опыте, эндемичная форма из Афганистана была выделена как самая продуктивная, существенно превысившая сорт гороха Дружная по высоте растений и числу семян (табл. 2). Должного внимания заслуживают также формы из Сирии и Египта. Только форма из Палестины существенно уступала сорту Дружная и другим
Таблица 2. Морфологические и симбиотические признаки, определяющие продуктивность, нодуляцию и азот-фиксацию у сорта Дружная и местных эндемичных форм гороха, при выращивании растений в теплице
Вариант Высота растения, см Продуктивность на одно растение Активность азотфиксации, нмоль С2Н4 /растение/ч
число семян масса семян, г число клубеньков
Сорт Дружная 172.0 ± 4.5 38.9 ± 1.7 6.5 ± 0.4 142.0 ± 4.0 3289 ± 227
Местные эндемичные
формы из
Египта 192.2 ± 3.1* 36.5 ± 4.3 6.7 ± 0.8 313.1 ± 2.9* 2099 ± 226
Афганистана 199.3 ± 5.0* 58.2 ± 5.8* 8.1 ± 1.4* 118.4 ± 4.3 1729 ± 156*
Сирии 160.7 ± 4.5 43.8 ± 4.0 4.5 ± 0.3* 136.3 ± 16.1 2715 ±234
Палестины 130.4 ± 1.9* 27.4 ± 2.4 4.1 ± 0.5* 26.3 ± 5.0* 743 ± 173*
* Разница с сортом достоверна при Р> 0.95. ГЕНЕТИКА том 50 № 1 2014
Таблица 3. Признаки продуктивности у местных эндемичных форм и рекуррентных линий поколения Б5, созданных при скрещивании по схеме: ^ суперклуб
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.