doi: 10.15389/agrobiology.2015.5.673rus

УДК 633.31:581.557:631.461.5:57.044

Работа поддержана грантами РФФИ 15-04-09295а и 14-04-01441а, Государственный контракт № 16.М04.11.0013.

ОТБОР СОЛЕУСТОЙЧИВЫХ РАСТЕНИЙ РАЗНЫХ ВИДОВ
ЛЮЦЕРНЫ (Medicago L.
) И АНАЛИЗ ИХ МОРФОБИОЛОГИЧЕСКИХ
И СИМБИОТРОФНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

М.Л. РУМЯНЦЕВА1, Г.В. СТЕПАНОВА2, О.Н. КУРЧАК1, О.П. ОНИЩУК1,
В.С. МУНТЯН1, Е.А. ДЗЮБЕНКО3, Н.И. ДЗЮБЕНКО3, Б.В. СИМАРОВ1

Усиливающаяся деградация почв связана с истощением их плодородия в результате применения севооборота с внесением избыточного количества минеральных удобрений и химических средств защиты растений, а также в связи с повсеместно ухудшающимися природно-климатическими условиями и экологической обстановкой. Именно поэтому сельское хозяйство, основанное на экологически безопасных агротехнологиях, должно иметь абсолютный приоритет. Бобовые культуры фиксируют азот атмосферы в симбиозе с клубеньковыми бактериями и накапливают его в биомассе растений. Они служат уникальными предшественниками для выращивания зерновых, поскольку способствуют восстановлению плодородия почв за счет привнесения азота в биологически доступной форме. Создание пастбищ на основе бобовых трав благоприятствует восстановлению почв, выведенных из севооборота (например, опустыненных или засоленных). Поэтому разработка приемов создания продуктивных растительно-микробных систем, которые эффективны в неблагоприятных условиях, имеет огромное теоретическое и практическое значение. В задачи исследования входило выявление солеустойчивых форм люцерны (Medicago L.), получение на их основе растений поколения I1методом принудительного самоопыления и анализ морфологических, биологических и симбиотических показателей в модельных опытах. Объектами изучения были 13 тетраплоидных и диплоидных сортов люцерны, в том числе сорта Солеустойчивая и Агния, которые испытывали при симбиотрофном питании (в симбиозе со штаммами Sinorhizobium meliloti) или без инокуляции штаммами. Анализ симбиотической активности изученных сортов показал, что они высокоотзывчивы на инокуляцию тест-штаммом S. meliloti Rm2011 и могут формировать эффективные симбиозы в условиях засоления. Была оценена однородность географически различных сортов по накоплению сухого вещества (СВ) на фоне 75 мМ NaCl без инокуляции и 100 мМ NaCl с инокуляцией S. meliloti с привлечением коэффициента дисперсии (Д), что позволило установить, что показатель СВ у изучаемых сортов существенно изменялся только в случае симбиотрофного питания. По результатам анализа симбиотической активности в присутствии соли в микровегетационных опытах (Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии — ВНИИСХМ) получены солеустойчивые формы у растений диплоидных видов М. caerulea и М. falcata, а также у тетраплоидного вида M. sativa L. сортов Солеустойчивая и Агния. Отобранные растения сортов Солеустойчивая и Агния выращивали далее в селекционно-тепличном комплексе (СТК) Всероссийского НИИ кормов им. В.Р. Вильямса. Проведенные 3-летние вегетационные испытания в СТК показали, что для солеустойчивых растений сортов Солеустойчивая и Агния характерна преимущественно сиреневая окраска цветов, более закрученная форма боба, сравнительно высокая ветвистость и кустистость, более поздний переход в период покоя. Из семян от испытуемых растений в микровегетационном опыте получили растения поколения I1 (ВНИИСХМ). Растения I1анализировали по СВ, интенсивности роста надземной и подземной частей, по числу сформированных клубеньков в стандартных (бессолевые) условиях и при засолении. Установлено, что в поколения I1у обоих сортов растения однородны или достаточно однородны по СВ. В присутствии соли у сорта Солеустойчивая растения поколения I1 успешно развивались без инокулянта (усредненная прибавка СВ составила 36,92 % относительно исходных растений), тогда как у сорта Агния прибавка СВ в I1была, наоборот, на 16,55 % ниже. У обоих сортов выявлена высокая специфичность взаимодействия растений I1, контрастно различавшихся по солеустойчивости, оцениваемой по СВ, с симбиотически высокоэффективными штаммами CIAM1774 или Rm2011. Так, в условиях солевого стресса наибольшие значения СВ получены у сорта Солеустойчивая при инокуляции штаммом Rm2011 с солеустойчивостью, типовой для S. meliloti. Однако симбиотическая система на основе полученного нами солеустойчивого генотипа сорта Агния с солеустойчивым штаммом CIAM1774 также может быть перспективна для применения на засоленных почвах. Установлено, что длина корневой системы при симбиотрофном питании уменьшается, и этот параметр зависит от специфичности растительно-микробного взаимодействия. Сделан вывод, что отбор солеустойчивых генотипов растений и подбор штаммов с определенным уровнем солеустойчивости перспективны при создании симбиотических систем, обладающих повышенной адаптивностью.

Ключевые слова: клубеньковые бактерии, люцерна, эффективность симбиоза, солеустойчивость, длина корня и стебля, масса растений.

 

Полный текст

 

SELECTION OF SALT TOLERANT ALFALFA (Medicago L.) PLANTS
FROM DIFFERENT VARIETIES AND THEIR MORFO BIOLOGICAL
AND SYMBIOTIC PROPERTIES ANALYSIS

M.L. Roumiantseva1, G.V. Stepanova2, O.N. Kurchak1, O.P. Onishchuk1,
V.S. Muntyan1, E.A. Dzyubenko3, N.I. Dzyubenko3, B.V. Simarov1

Soils degradation growing in our days is associated with the depletion of their fertility, a result of crop rotation with excessive amounts of mineral fertilizers and chemical plant protection products, as well as it links with widespread worsening climatic conditions and environmental conditions. For this reason, agriculture based on environmentally friendly technologies must be an absolute priority. Legumes can fix atmospheric nitrogen in symbiosis with nodule bacteria and accumulate it in plant biomass. Legumes are unique predecessors for grain crops, as they contribute to the effective restoration of soil fertility by introducing nitrogen into bioavailable form. Pastures based on legumes contribute to the restoration of soils destroyed and excluded from crop rotation, such as desert or saline. In this, the development of pathways to create new productive plant-microbe systems that can grow in adverse conditions, is of great theoretical and practical significance. The objectives of the study was to identify salt-tolerant plants of alfalfa (Medicago L.), to obtain plants of the I1generation by self-pollination approach and to analyse their morphobiological and symbiotic properties in model experiments. The study was performed on 13 tetraploid and diploid varieties of alfalfa, including commercially valuable varieties Soleustoychivaya and Agniya, both of which were tested without rhizobia inoculation and in symbioses with Sinorhizobium meliloti strains. An analysis of the symbiotic activity of alfalfa varieties showed that they were highly responsible to S. meliloti Rm2011 strain inoculation and formed an effective symbiosis under saline conditions. Geographically different varieties were evaluated for the homogeneity according to dry matter (DM) accumulation at 75 mM NaCl without inoculation, and at 100 mM NaCl with inoculation by S. meliloti. Obtained DM data among the studied cultivars significantly changed only in case of symbiosis that was established with the assistance of the dispersion coefficient (D). Plants of salt tolerant phenotype was obtained for diploid M. caerulea and M. falcata species, as well as for  tetraploid M. sativa L. varieties  Soleustoychivaya and Agniya in microvegetative experiments done at the All-Russian Research Institute for agriculture microbiology (ARRIAM). Selected salt tolerant plants of both varieties were planted further in greenhouse complex (STC) of V.R. Villiams All-Russian Research Institute for Forages. It was found that salt-tolerant plants of Soleustoychivaya and Agniya are characterized by predominantly purple color of flowers, by a twisted form of bean, by relatively high branching and bushy, by later transition to a period of winter rest according to 3-year vegetation trials in the STC. From seeds obtained from tested plants the I1 plants were grown, which were studied in microvegetative experiments in ARRIAM. Plants I1 of both varieties were analyzed by DM, by growth rate of above-ground and underground parts, by number of nodules formed in typical (salt-free) conditions and under salinity. As a result, it was found that generation I1plants of both varieties were homogeneous or sufficiently homogeneous according to DM data. Not inoculated generation I1plants of Soleustoychivaya variety successfully developed in saline conditions (the average increase of DM was 36.92 % in comparison to plants of initial variety). DM of plants I1of Agniya variety was, on the contrary, lower than that of the plants of the initial variety in the saline conditions, being 16.55 % less. The high level of interaction specificity of both varieties of generation I1plants with strains CIAM1774 or Rm2011, differing in salt tolerance, was assessed by DM. Thus, under salt stress impact the highest values of DM was obtained for Soleustoychivaya variety plants in symbiosis with strain Rm2011 characterizing by S. meliloti salt tolerance typical degree. However, the symbiotic system on the basis of salt tolerant genotype of Agniya variety with salt-tolerant strain CIAM1774 may also be promising for cultivation in saline soils. It was found that the length of the root system decreased due to symbiosis, and this parameter depends on the specific plant-microbe interactions. It was concluded that the selection of salt-tolerant genotypes of plants and strains with a certain level of salt tolerance is promising in order to create symbiotic systems with enhanced adaptability.

Keywords: rhizobia, alfalfa (Medicago L.), effective symbiosis, salt tolerance, root and stem length, plant biomass.

 

1ФГБНУ Всероссийский НИИ
сельскохозяйственной микробиологии
,
196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3,
e-mail: mroumiantseva@yandex.ru;
2ФГБНУ Всероссийский НИИ кормов
им. В.Р. Вильямса,

141055 Россия, Московская обл., г. Лобня, Научный городок,
корп. 1,
e-mail: gvstep@yandex.ru;
3ФГБНУ Всероссийский НИИ растениеводства
им. Н.И. Вавилова,

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42-44,
e-mail: elena.dzyubenko@gmail.com

Поступила в редакцию
15 августа 2015 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало