Селекция на стрессоустойчивость как фактор адаптивной интенсификации земледелия

Баталова Г.А., доктор с.-х. наук

Зональный НИИ сельского хозяйства Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого, г. Киров, Россия

 

Центральное место в решении задач современного сельского хозяйства, связанных с адаптивной интенсификацией земледелия, занимает создание и широкое использование сортов и гибридов нового поколения. Возрастающие требования к новым сортам в отношении их устойчивости к стрессовым факторам определяют все большую адаптивную и экологическую направленность селекции, включая выделение таких специфических направлений, как эдафическая.

К числу наиболее важных экономических и экологических эдафических стрессов относится ионная токсичность алюминия и марганца, связанная с низкой величиной рН, кислотностью почвы. Решение этой проблемы за счет известкования ведет к значительному росту затрат на единицу продукции и негативно сказывается на экологическом состоянии окружающей среды. Повышение устойчивости видов и сортов растений к почвенной кислотности позволяет не только повысить экономическую эффективность сельхозпроизводства, но и сохранить сложившееся на конкретной территории растительное и животное сообщество.

В мире кислые почвы занимают 40% пашни. В Российской Федерации их площадь превышает 50 млн. гектаров, или 38% общей площади сельскохозяйственных угодий. На этих землях ежегодно недобирается около 20 млн. тонн зерна. Повышенная кислотность свойственна широко распространенным на Евро-Северо-Востоке России подзолистым и дерново-подзолистым почвам. В структуре почвенного покрова Кировской области они составляют 80%, Пермской – 75%, Нижегородской – 50%, Республике Марий Эл – 79.6%, Удмуртской республике – 82% и т.д.

В условиях кислой реакции среды растения не эффективно используют минеральные удобрения. В почве возрастает содержание подвижных форм алюминия, который препятствует активному поглощению фосфора, конкурирует с кальцием, ингибирует деление и удлинение клеток, поглощающих органов, препятствует поступлению почвенной влаги в растение. Отрицательное действие эдафического стресса сказывается в первую очередь на корнях, особенно на ранних стадиях онтогенеза, нарушая их рост и развитие. Уменьшается их размер, снижается способность поглощать влагу и питательные вещества. Как следствие – слабое кущение растений, уменьшение ростовых показателей, нарушение в закладке генеративных органов, слабый налив зерна, снижение продуктивности.

Наиболее трудной задачей комбинационной селекции является подбор родительских форм – исходного материала для создания, на основе скрещивания, генетически разнокачественных гибридных популяций.

Для выделения источников, имеющих высокую агрономическую устойчивость (способность меньше снижать продуктивность в условиях стресса), изучение исходного и последующая оценка селекционного материала осуществляется параллельно в условиях окультуренного и кислого почвенного фона и в лабораторном эксперименте. Это позволяет идентифицировать не только наиболее стрессоустойчивые формы, но и выделить экологически пластичные генотипы, способные в меняющихся условиях среды сохранять экономически эффективный уровень урожайности и качество продукции.

В связи с этим возникает вопрос срока для оценки и отбора. Известно, что от направления, интенсивности, условий отбора зависит конечный результат – новый генотип с комплексом определенных свойств, как положительных, так и отрицательных. Как отмечает А.А. Жученко [2001], возникает вопрос: может ли быть достигнуто улучшение толерантности селектируемого материала к стрессовым воздействиям в процессе отбора на высокую урожайность в условиях стрессовых воздействий? [1]. Существуют различные мнения по этому вопросу. Ряд исследователей указывают на несостоятельность такого подхода [Rosielle, Hamblin, 1981]. Отбор в стрессовых условиях, как отмечают другие ученые, хотя и обеспечивает большую урожайность в аналогичной ситуации, однако формирует сорта со сравнительно низкой средней урожайностью в разных средах. Отбор по показателям величины урожая и его составляющих в благоприятных условиях более эффективен благодаря большей генетической вариабельности и наследуемости указанных признаков [Thoday et al., 1982].

По данным Blum at al.[1981], отбор генотипов с высокой потенциальной урожайностью в благоприятных условиях среды при сопутствующей оценке физиологических реакций растений, обеспечивающих их толерантность к данному стрессовому воздействию, оказался достаточно успешным [2].

В наших исследованиях селекционные линии выделенные по урожайности в условиях кислотного стресса, в большинстве своем уступали или были на уровне стандартов по урожайности в условиях отсутствия стресса (табл.).

В то же время линии, как и предыдущие, полученные с использованием стрессустойчивых форм, но отобранные в благоприятных условиях среды, разделились на две группы – стрессустойчивые и не устойчивые. При этом более продуктивные генотипы сильнее реагировали на стресс депрессией как урожайности, так и других показателей.

Оценка линий предварительного сортоиспытания овса по урожайности на устойчивость к эдафическому (кислотному) стрессу (Фаленки. 2002 г.)

Каталог отбора	Урожайность, т/га						Депрессия на кислом фоне, %
	окультуренный фон			кислый фон
	линия	отклонения от стандарта		линия	отклонения от стандарта
		Улов	Аргамак		Улов	Аргамак
Отборы на естественном кислом фоне (рН 3.8-4.0 ;Al3+ 20.13 мг/100 г  почвы )
И-3137	5.76	+ 0.37	+0.18	2.90	+0.86	+0.33	49.6
И-3095	5.40	+0.01	-0.18	2.86	+0.82	+0.29	47.0
И-3149	5.27	-0.12	-0.31	3.69	+1.65	+1.12	30.0
И-3101	5.13	-0.26	-0.45	2.88	+0.84	+0.31	43.8
И-3136	4.77	-0.62	-0.81	2.51	+0.17	-0.06	47.4
НСР05	0.62			0.82
Отборы на окультуренном фоне (рН 6.4 ;Al3+0.13 мг/100 г почвы)
И-3157	7.17	+0.79	+0.50	3.09	+0.05	-0.27	56.9
И-3120	6.86	+0.48	+0.19	2.50	-0.54	-0.86	63.6
И-3144	6.77	+0.39	+0.10	2.97	-0.07	-0.39	56.1
И-3125	6.48	+0.10	-0.19	3.32	+2.28	-0.04	48.8
НСР05	0.82			0.75
И-3105	5.82	+0.49	+0.24	2.42	+0.38	-0.15	58.4
И-3113	5.71	+0.39	+0.13	2.66	+0.62	+0.09	53.4
И-2962	5.61	+0.22	+0.03	2.60	+0.54	+0.03	53.6
И-3093	5.44	+0.05	-0.14	3.04	+1.00	+0.47	44.1
И-3134	4.80	-0.59	-0.78	2.71	+0.67	+0.67	43.5
НСР05	0.62			0.82

 

Полученные нами результаты согласуются с мнением Frey (1971), что в нормальной среде по сравнению со стрессовой удается надежнее идентифицировать и отобрать генотипы, в частности, овса, с большей потенциальной урожайностью в нормальных условиях среды. Между тем генотипы, устойчивые к действию стрессовых факторов, в аналогичных стрессовых условиях более высокоурожайны [3].

В то же время в подборе исходного материала предпочтение отдается результатам полевой оценки, поскольку в этом случае стресс воздействует на генотип не в чистом виде, а в связи с другими факторами среды. Однако применение в селекционной практике лабораторных методов диагностики позволяет значительно увеличить объемы изучаемого материала, снизить финансовые затраты.

В заключение следует отметить, что для повышения результативности селекции необходим комплексный подход к отбору генотипов и их оценке, проверка выделенных генотипов в различных условиях среды с применением ступенчатых отборов.

Тестирование селекционного материала на различных фонах позволяет, наряду с выделением ценных генотипов, оценить их средообразующую способность по показателям изменения содержания алюминия в прикорневой зоне.

В целом, фоновая оценка и отбор являются одним из инструментов создания конкурентоспособных сортов сельскохозяйственных культур, которые должны стать экономической основой адаптивной интенсификации земледелия, базирующегося, в свою очередь, на принципах экологии, стремления к биологическому равновесию в природе.

 

Литература

1. Жученко А.А. Адаптивная система селекции растений (эколого-генетические основы): Монография. В двух томах. - М.: Изд-во РУДН, 2001. - Том II. – 708 с.

2. Blum A., Gozlan G., Mayer J. // Crop Sci. - 1981. - Vol. 21. - P. 495-499.

3. Frey K.J. Improving crop yield throungh plant breeding. Moving off the yield // Plant. Amer. Sos. Agron. Spec. Publ. – 1971. - Vol. 20. - Р. 15-58.