Селекция гороха (Pisum sativum L.) на повышение эффективности симбиотической азотфиксации

• Автор: Наумкина, Татьяна Сергеевна
• Шифр специальности: 06.01.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 296 с.

I СИМБИОЗЫ БОБОВЫХ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АЗОТФИКСАЦИИ ПУТЁМ СЕЛЕКЦИИ (обзор литературы)

1.1. Современное состояние производства зернобобовых культур

1.2. Основные направления селекции гороха

1.3. Симбиоз бобовых растений с Rhizobium leguminosarum bv. viciae

1.4. Симбиоз с эндомикоризными грибами Glomus sp

1.5. Изменчивость бобовых культур по признакам симбиоза

1.6. Характер наследования признаков продуктивности растенияхозяина при симбиотических взаимоотношениях

II. УСЛОВИЯ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Условия проведения исследований

2.2. Материал исследований

2.3. Методы исследований

III. СКРИНИНГ ГЕНОТИПОВ ГОРОХА ПО ЭФФЕКТИВНОСТИ
СИМБИОЗА С RHIZOBIUMLEGUMINOSAR UM bv. VICIAE
3.1. Оценка клубенькообразующей способности
3.2. Нитрогеназная активность
3.3. Симбиотическая деятельность сортообразцов гороха различных
морфотипов
3.4. Биомасса растения
3.5. Семенная продуктивность
3.6. Взаимосвязь продуктивности с основными симбиотическими
признаками и показателями
IV. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕНОТИПОВ ГОРОХА С ЭНДОМИКОРИЗНЫМИ ГРИБАМИ GLOMUS sp. НА ФОНЕ ИНОКУЛЯЦИИ РИЗОБИЯМИ
4.1. Оценка клубенькообразующей способности при двойной инокуляции
4.2. Нитрогеназная активность сортообразцов гороха
4.3. Микоризация сортообразцов

4.4. Симбиотическая деятельность сортообразцов гороха при двойной инокуляции
4.5. Масса сухого растения при двойной инокуляции
4.6. Семенная продуктивность при двойной инокуляции
4.7. Содержание азота, фосфора и калия в семенах растений гороха
V. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРИЗНАКОВ ПРОДУКТИВНОСТИ И СИМБИОТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ У ГОРОХА
5.1. Изучение комбинационной способности сортов и форм гороха
5.2. Диаллельный анализ признаков продуктивности и симбиотической эффективности у гороха
VI. ПОВЫШЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА СЕМЕННОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ И СИМБИОТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ СЕЛЕКЦИОННЫМ ПУТЕМ
6.1. Интрогрессия гена syrri2 в генотипы лучших районированных и
перспективных сортов гороха
6.2. Создание сортомикробных систем гороха, отзывчивых на производственные штаммы клубеньковых бактерий
6.2.1. Подбор родительских пар для скрещивания на основе евклидова
расстояния при межсортовой гибридизации гороха
6.2.2. Селекция гороха на повышение симбиотической активности
6.3. Создание сортов гороха отзывчивых на «тройной» симбиоз
VII. ВОЗДЕЛЫВАНИЕ НОВЫХ СОРТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ
7.1. Разработка элементов технологии возделывания новых сортов
гороха Юниор и Триумф
7.2. Экономическая эффективность возделывания новых сортов гороха
7.3. Биоэнергетическая оценка сортов гороха
ВЫВОДЫ
РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СЕЛЕКЦИОННОЙ ПРАКТИКИ И ПРОИЗ
ВОДСТВА
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность темы. Более 66% посевных площадей всех зерновых бобовых культур в России занимает горох (.Pisum sativum L.). Однако в существующих сортах недостаточно реализовано одно из главных преимуществ культуры - высокая эффективность симбиотической азотфиксации (Тихонович, 2000; Задорин и др., 2003). Длительное время работы по изучению проблемы растительно-микробных симбиозов оставались монополией микробиологических институтов, создающих высокоэффективные микробные препараты. В результате роль растения-хозяина, наиболее генетически стабильного партнера растительно-микробной системы, в формировании симбиозов недооценивалась, а целенаправленная селекция бобовых на этот признак практически не проводилась. В этой связи расширение исследований, направленных на разработку методов создания и получение нового исходного материала, сочетающего высокую продуктивность с повышенной способностью фиксации атмосферного азота, является актуальной задачей.
У гороха часть генов, детерминирующих симбиоз с клубеньковыми бактериями, участвует в контроле развития и функционирования арбуску-лярной эндомикоризы (Борисов, 1999), а взаимодействие растений с микоризными грибами и клубеньковыми бактериями рассматривается как тройная симбиотическая система (Борисов и др., 2007). Поэтому исследования, направленные на создание высокопродуктивных ассоциаций гороха посевного с обоими эндосимбионтами, являются перспективными с точки зрения повышения биологической азотфиксации и симбиотического потенциала в целом, снижения степени затратности и повышения экологической ориентированности сельского хозяйства.
Создание высокоэффективных растительно-микробных систем в агроценозах путем селекции сортов гороха с высоким симбиотическим потенциалом является новаторским направлением, открывающим возможности рас-

троле развития эндомикоризы (Duc et al., 1989). Затем, такие гены были обнаружены и у других видов бобовых растений: люцерны (Medicago sativa L.) (Bradbury et al., 1991), диплоидной люцерны {Medicago truncatula Gaertn.) (Sagan et al., 1995) и фасоли {Phaseolus vulgaris L.) (Shiztliffe, Vessey, 1996)). В дополнение, было показано, что серия одних и тех же молекулярных растительных продуктов синтезируется в ходе становления обеих симбиотических систем (Gianinazzi-Pearson, 1996).
Данные, представленные выше, свидетельствуют о том, что два эндосимбиоза бобовых растений, являясь эволюционно родственными, имеют много общих генетических и молекулярных механизмов становления и, следовательно, должны рассматриваться как трехсторонний симбиоз: растение-гриб-бактерии. Следовательно, в настоящее время появились теоретические предпосылки идентификации (создания) генотипа одного из видов бобовых растений (например, гороха посевного (Pisum sativum L.) с высоким симбиотическим потенциалом взаимодействия с обоими эндосимбионтами.
Следует отметить, что в мире существует только один пример попытки создания такой высокопродуктивной симбиотической системы с использованием бобового растения Anthyllis cytisoides L. (Requena et al., 1997). Результаты упомянутой работы выглядят многообещающими для создания высокопродуктивных растительно-микробных ассоциаций с целью восстановления плодородия почв в полупустынных районах юго-востока Испании.
1.5. Изменчивость бобовых культур по признакам симбиоза
При изучении отрастания надземной массы люцерны после укоса было установлено, что интенсивность азотфиксации резко снижается сразу после укоса и в течение 10-14 дней остается на низком уровне, после чего начинает быстро расти. Аналогичные данные получены при изучении лядвенца и клевера (Hartwig et al., 1997). Это цикл может повторяться от 2 до 8 раз в год