doi: 10.15389/agrobiology.2016.1.79rus

УДК 633.12:631.52:631.524.85:581.132

Эксперименты выполнены на научном оборудовании и приборах Центра коллективного пользования Орловского государственного аграрного университета «Генетические ресурсы растений и их использование».

АДАПТИВНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ФОТОСИНТЕЗА И ПРОДУКЦИОННОГО
ПРОЦЕССА У МЕСТНЫХ ФОРМ И СОРТООБРАЗЦОВ ГРЕЧИХИ
(Fagopyrum esculentum Moench) РАЗНЫХ ПЕРИОДОВ СЕЛЕКЦИИ

А.В. АМЕЛИН1, А.Н. ФЕСЕНКО2, Е.И. ЧЕКАЛИН1, В.В. ЗАИКИН1

Современная селекция сельскохозяйственных культур, направленная главным образом на достижение максимальной продуктивности, существенно ослабляет защитные системы растений и, как следствие, снижает их устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды. Поэтому в последнее время особое внимание начинает уделяться созданию сортов на основе эволюционных принципов. В этой связи у сортообразцов гречихи (Fagopyrum esculentum Moench) разных периодов селекции мы изучили норму реакции на изменение условий произрастания, отражающую способность растений адаптировать процессы фотосинтеза и формирования урожая к изменению условий произрастания для последующего использования этих данных в селекции культуры на повышение урожайности. В работе были использованы 13 сортообразцов гречихи, условно разделенных на три группы в зависимости от характера и срока селекции: местные (к-406, к-1709, коллекция ВИР, г. Санкт-Петербург), полученные селекционерами в 1930-1970-х годах (Калининская, Богатырь и Шатиловская 5) и современные сорта (Чатыр-Тау, Батыр, Девятка, Дизайн, Деметра, Дождик, Дикуль и Башкирская красностебельная). Впервые показано, что в результате селекции культуры не удалось добиться существенного повышения у растений устойчивости продукционного и фотосинтетического процессов, а также гомеостаза плодообразования. Современные сорта этой культуры проявляют высокую активность фотосинтеза и формируют высокую продуктивность лишь в благоприятных погодных условиях, но в стрессовых не имеют существенного преимущества перед своими предшественниками. В засушливом 2010 году они по семенной продуктивности достоверно не отличались от местных и старых сортов, тогда как в сравнительно благоприятные по температурному и водному режиму 2011-2013 годы превышение по анализируемому показателю составило в среднем 67,5 %, что в значительной степени было обусловлено реакцией фотосинтетического аппарата растений на условия произрастания. В засуху в фазу налива семян интенсивность фотосинтеза в листьях была снижена в среднем на 32,1 %, сухая масса надземных органов — на 46,7 %, а масса семян — на 67,5 %, по сравнению с показателями в благоприятные по температурному режиму и увлажнению 2011-2013 годы. С усилением дефицита влаги ситуация еще более ухудшается. При влажности почвы 30 % от полной влагоемкости у растений гречихи интенсивность фотосинтеза листьев снижалась в среднем в 4,4 раза, а продуктивность — на 41,8 %, по сравнению с показателями в варианте с оптимальным увлажнением. При этом более значимое уменьшение обоих показателей отмечали прежде всего у современных сортов: если у местного сортообразца к-1709 интенсивность фотосинтеза уменьшилась на 66,1 %, то у сортов Дикуль и Дождик — в среднем на 78,8 %. Таким образом, полученных данные указывают на низкий адаптивной потенциал современных сортов гречихи. В этой связи предлагается изменить принципы селекции культуры, направив ее на повышение гомеостаза плодообразования посредством отбора автогамных форм и создания самоопыляющихся сортов гречихи. Гибридизация с F. homotropicum позволяет существенно повысить инбредную жизнеспособность самоопыляющихся линий культурной гречихи, которые могут быть успешно использованы в селекционных программах по созданию автогамных сортов. Также больше внимания следует уделить повышению адаптивных возможностей самого продукционного процесса у растений, который недостаточно устойчив, чтобы обеспечить формирование высокого и стабильного урожая культуры. Перспективным представляется повышение активности и эффективности фотосинтеза, усиление начального роста, где скрыты огромные и пока что не реализованные резервы. Показан широкий диапазон наследственной изменчивости растений гречихи по интенсивность фотосинтеза в листьях (от 4,65 до 17,8 мкмоль СО2Lм-2Lс-1), позволяющий проводить по этому показателю целенаправленный отбор форм как методом гибридизации, так и массовым отбором в пределах отдельной популяции.

Ключевые слова: культура, гречиха, селекция, адаптивность сорта, сухая масса, интенсивность фотосинтеза и транспирации.

 

Полный текст

 

ADAPTIVENESS OF PRODUCTIVITY AND PHOTOSYNTHESIS IN BUCKWHEAT (Fagopyrum esculentum Moench) LANDRACES AND VARIETIES PRODUCED AT DIFFERENT PERIODS

A.V. Amelin1, A.N. Fesenko2, E.I. Chekalin1, V.V. Zaikin1

Crop breeding if aimed mainly at the highest productivity results in a significant loss of defense system activity thus causing a decreased plant resistance to adverse environment factors. Reasonably, more attention is now being paid to evolution base in breeding. With this, we studied the norm of reaction to environment changes in buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) cultivars and landraces as reflecting plant adaptation potential for photosynthesis and yield production to be further involved in breeding. A total of 11 buckwheat cultivars of which Kalininskaya, Bogatyr’ and Shatilovskaya 5 have been derived in 1930-1970, and Chatyr-Tay, Batyr, Devyatka, Dizain, Demetra, Dikul’ and Bashkirskaya krasnostebel’naya are the modern cultivars, together with landraces k-406 and k-1709 (VIR collection, St. Petersburg) were investigated. For the first time it was shown that in the course of buckwheat breeding no improvements in photosynthesis and production sustainability, as well as in homeostasis of grain formation have been achieved. Modern buckwheat cultivars possess high photosynthesis and productivity under favorable weather conditions, whereas at stresses do not have any significant advantage over their predecessors. In dry 2010 the seed production in modern cultivars was not reliably different from that in landraces and old cultivars, while in 2011-2013 at more favorable water supply and temperature it was on average 67.5 % higher, mostly due to the response of photosynthetic system to growing conditions. When drought occurred during the seed filling phase the photosynthetic activity in leaves decreased on average by 32.1 %, dry mass of the aboveground parts and seeds was lower by 46.7 % and 67.5 %, respectively, compared to those under favorable conditions in 2011-2013. With increasing water deficit the situation becomes worse. At soil moisture of 30 % of full capacity the activity of photosynthesis in buckwheat plant leaves was on average 4.4 times less, and seed production was 41.8 % less compared to the optimal moistening. At that, the losses were significantly higher in modern cultivars, e.g. in the k-1709 plants a 66.1 % decrease was found compared to 78.8 % in Dikul’ and Dozhdik plants. Thus the obtained data suggests a low adaptive potential of modern buckwheat varieties. So we propose to improve the seed formation homeostasis in buckwheat plants. In this regard, the selection of autogamous form and the creation of self-pollinating varieties can be used as more effective approaches. The hybridization with F. homotropicum can significantly improve the viability of self-pollinated inbred lines of buckwheat, which can be successfully used in breeding programs to create autogamous varieties. Moreover, the adaptiveness of the of yield formation processes which are not sustainable enough to guarantee the high and sustainable crop production must be improved. An increased activity and effectiveness of photosynthesis and initial growth seem to be of interest. It is shown that the leaf photosynthetic rate in buckwheat varies plants varies widely from 4.65 to 17.8 μmol CO2Lm-2Ls-1, which allows to select forms both by hybridizing and using selection within a population.

Keywords: crop, buckwheat, selection, adaptation of variety, dry mass, photosynthesis, transpiration.

 

1ФГБОУ ВО Орловский государственный
аграрный университет,

302019 Россия, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69,
e-mail: amelin_100@mail.ru, hmet83@rambler.ru, valeriy.zaikin@mail.ru;
2ФГБНУ Всероссийский НИИ зернобобовых
и крупяных культур,

302502 Россия, Орловская обл., Орловский р-н, пос. Стрелецкий, ул. Молодежная, 10,
e-mail: fesenko.a.n@rambler.ru

Поступила в редакцию
1 октября 2015 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало