Cортовые особенности анатомического строения стебля овса посевного (Avena sativa L.) и их использование в селекции (стр. 2 )

Результаты исследования внедрены и используются в селекционном процессе отдела крупяных культур РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию»; в национальном банке генетических ресурсов растений Республики Беларусь; в Испытательной лаборатории качества семян УО БГСХА; в учебном процессе и научно-исследовательской работе студентов УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная академия», что подтверждено актами и справками о внедрении.

Опубликование результатов диссертации. Основные положения диссертации опубликованы в 16 печатных работах (5,03 авторских листа), в т. ч. в научных изданиях, согласно перечню ВАК, – 8 (3,55 авторских листа), в сборниках материалов конференций, докладов и тезисов докладов – 8. Объем публикаций, принадлежащих лично соискателю, составил 2,74 авторских листа.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, 5 глав основного материала, заключения, рекомендаций по практическому использованию результатов, библиографического списка и приложений. Материалы изложены на 167 страницах, включая 24 рисунка, 46 таблиц. Включено 16 приложений. Список использованных источников состоит из 178 наименований, в том числе 12 – на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы. Рассматриваются результаты исследований отечественных и зарубежных авторов по селекции, морфологии, физиологии и агротехнике овса посевного. Анализ литературы по выбранному направлению научных исследований показал, что изучению анатомического строения стебля овса посевного и разработке критериев отбора в селекции на продуктивность и устойчивость к полеганию уделялось недостаточно внимания. Это определило актуальность выбора культуры и темы научных исследований, результаты которых представлены в данной диссертационной работе.

Условия и методика проведения исследований. Исследования по теме диссертации проводились в 2010–2015 гг. на опытных участках УНЦ «Опытные поля БГСХА». Почва опытного участка дерново–подзолистая, среднеокультуренная, легкосуглинистая, развивающаяся на лессовидном суглинке, подстилаемом моренным суглинком. Годы исследований различались между собой по метеорологическим условиям, но в целом соответствовали биологическим требованиям овса посевного.

Для исследований были использованы сорта овса: пленчатые – Асiлак, Багач, Буг, Дукат, Запавет, Золак, Полонез, Стралец, Факс, Эрбграф, Юбиляр, Альф, Flamingskurz, STH-815; голозерные – Белорусский голозерный, Вандроунiк, Гоша, Крепыш, Фристайл; гибриды F1; линии овса, полученные в результате индивидуального отбора.

Работа по теме диссертации осуществлялась путем постановки полевых и лабораторных экспериментов. Коллекционный питомник из 18 сортообразцов высевался вручную в трехкратной повторности на делянках площадью 1 м2, с междурядьями 15 см, с нормой высева 170 зерен/м2. В качестве контроля использовался сорт Запавет. Отбор и фиксацию растительного материала для проведения анатомических исследований проводили в фазу выметывания метёлки (59). Для фиксации материала использовали уксусный алкоголь. Из окрашенных срезов стебля изготавливались временные препараты в глицериновой среде. Изучение препаратов проводилось с помощью компьютерного анализатора изображений.

Для изучения влияния средовых факторов на структуру растений, анатомическое строение стебля и развитие листовой поверхности посева (ФПП) осуществлялся технологический посев сортов Запавет, Вандроунiк и Фристайл в трехкратной повторности с площадью учетной делянки 9 м2. Растения высевались на трех фонах минерального питания (N0P80К120, N60P80К120, N120P80К120) с последующей обработкой посевов ретардантами Хлормекватхлорид (Р1) и Мессидор (Р2) в дозе 1 л/га. В качестве контроля использовался вариант без применения регуляторов роста и без внесения азотных удобрений.

Отбор проб для оценки листовой поверхности посева осуществлялся в фазы: всходы (10), кущение (29), флаговый лист (49), выметывание метелки (59), цветение (65), молочная спелость (75) по шкале EUCARPIA. Индекс листовой поверхности (ИЛП) и фотосинтетический потенциал посева (ФПП) определяли расчетным методом.

В 2013 году в коллекционном питомнике сортов овса посевного был произведен индивидуальный отбор растений, различающихся между собой по морфологическим признакам стебля, листа и метелки.

Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием пакета программ Microsoft EXCEL.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Внутривидовой полиморфизм овса посевного по продуктивности

и анатомическому строению стебля

В результате сравнительной оценки исходного материала выявлены сортовые различия по признакам макро - и микро - структуры стебля овса посевного, установлена их корреляционная связь с урожайностью. Изученные пленчатые и голозерные сорта овса характеризуются разнокачественностью элементов структуры растений, продуктивности и устойчивости к полеганию. Средняя урожайность пленчатых сортов за три года составила 420,1 г/м2, а голозерных – 255,9 г/м2. Изученные в опытах сорта были среднерослыми, формировали от трех до пяти надземных междоузлий; длина метелки варьировала от 14,2 (Flamingskurz) до 21,1 см (Гоша); масса зерна с одного растения у пленчатых сортов достигала 4,7 г (Стралец), у голозерных – 3,2 г (Гоша).

Изученные сорта различались по анатомическим признакам, влияющим на устойчивость к полеганию. У высокоустойчивых сортов Золак, Стралец, Факс, Юбиляр выполненность соломины составляла 50-59 %. Число проводящих пучков в подметелочном междоузлии варьировала от 28 (STH–815) до 48 (Белорусский голозерный), а индекс развития склеренхимы – от 0,103 (Полонез) до 0,173 (Юбиляр).

Урожайность растений в средней степени коррелировала с высотой растений (r=0,52), числом междоузлий (r=0,42), длиной метелки (r=0,66), числом колосков в метелке (r=0,49), числом проводящих пучков (r=0,44). Большое число пучков было характерным для толстостебельных сортов (r=0,74).

Изучение общих особенностей анатомии стебля показало, что оптимальным и сопоставимым местом изучения гистолого-анатомических признаков разных сортов овса является середина верхнего подметелочного междоузлия (таблица 1).

Стебли изученных сортов овса характеризуются слабым развитием ассимиляционной паренхимы в междоузлиях нижней и средней частей побега. Число тяжей хлоренхимы и их линейные параметры зависят от диаметра стебля, толщины стенки соломины, числа малых проводящих пучков (ПП пк.). Хорошим развитием хлоренхимы выделялись сорта Альф, Асiлак, Запавет, Юбиляр.

Основным элементом проводящей системы стебля овса являются закрытые коллатеральные проводящие пучки. Их число зависит от диаметра стебля (r=0,8) и площади его выполненной части (r=0,7), а также от места нахождения междоузлия в системе побега. Большим числом проводящих пучков в подметлочном междоузлии выделялись пленчатые сорта Асiлак, Дукат, Запавет, а также голозерные – Белорусский голозерный, Гоша, Крепыш. Большие сосуды метаксилемы характерны для сортов Асiлак и Богач.

Таблица 1 – Средние параметры микроструктуры стебля изученных сортов овса посевного в подметелочном междоузлии

Признаки	Значения
Диаметр стебля, мм	3,4
Толщина стенки стебля, мкм	512,2
Выполненность стебля, %	53,3
Число тяжей хлоренхимы, шт.	37,5
Радиальный диаметр тяжа хлоренхимы, мкм	79,7
Тангентальный диаметр тяжа хлоренхимы, мкм	118,0
Число ПП пк., шт.	19,3
Число ПП пар., шт.	19,8
Удаление пучков ПП пар. от поверхности стебля, мкм	152,4
Тангентальный диаметр ПП пар., мкм	189,7
Радиальный диаметр ПП пар., мкм	169,0
Толщина слоя склеренхимы, мкм	68,9
Число рядов клеток склеренхимы, шт.	6,1
Диаметр клеток склеренхимы, мкм	11,2
Индекс развития склеренхимы	0,135

Механические ткани являются наиболее значимым элементом прочности стебля. Толщина слоя склеренхимы перециклического происхождения зависит от сортовых особенностей растений, толщины стебля и места нахождения изучаемого междоузлия в системе побега. Хорошо развитую склеренхиму имели сорта Асiлак, Запавет, Юбиляр, STH-815, Белорусский голозерный.

Использование гистолого-анатомических признаков

стебля в селекции овса посевного

Для использования анатомического метода в селекции и получения сопоставимых результатов необходима адаптация методологии исследований к биологическим особенностям культуры. По нашим данным в работе с овсом имеют значения следующие элементы исследований:

Отбор проб. Хорошо идентифицируемой фазой развития растений является выметывание метелки (59).

Выбор междоузлия. При использовании гистолого-анатомических методов необходимо отдавать предпочтение изучению верхнего, подметелочного междоузлия.

Гистолого-анатомические признаки разных междоузлий связаны между собой. Сила корреляции между однотипными признаками зависит от структурной близости расположения изучаемых метамеров. Чем ближе они расположены между собой, тем сильнее между ними корреляционная связь (таблица 2). Так, отмечалось снижение силы корреляции между первым (EN1) и последующими междоузлиями по признакам – число ПП пар. (r=0,75-0,55), диаметр соломины (r=0,77–0,51), толщина стенки соломины. Отсутствие такой закономерности по числу тяжей хлоренхимы объясняется крайне слабым развитием этой ткани в нижних междоузлиях (EN3, EN4).

Опорная функция стебля усиливается в базипетальном направлении. В реализации данной функции важная роль принадлежит кольцу склеренхимы перициклического происхождения. Коэффициент корреляции по данному признаку между междоузлиями EN1 – EN2 был равен 0,24, между EN1 и EN3 r = 0,35, а между EN1 и EN4 он вырос до 0,45. Это может быть связано с тем, что склеренхима лучше развита не в середине стебля, а в нижнем (EN4) и подметелочном (EN1) междоузлиях.