Введение к работе
Актуальность темы. По данным агрохимического обследования каждый четвертый гектар пашни в России характеризуется повышенной почвенной кислотностью (Овчаренко и др., 1993), в связи с чем недобор урожаев составляет около 16-18 МЛН.Т. сельскохозяйственной продукции в пересчете на зерно (Шильников, 1989). Это объясняется комплексом отрицательных свойств кислых почв. Избыток ионов водорода в кислой почве увеличивает растворимость и подвижность соединений А1, Мп и других металлов, которые оказывают токсическое действие на растение (Черных, Черных, 1995; Косарева и др., 1998; Neite, 1989). Значительное развитие получил селекционный путь решения данной проблемы. В связи с этим особую актуальность приобретают работы по оценке устойчивости растительного разнообразия мирового генофонда ВИР к ионной токсичности в зоне корней. Использование толерантных форм в селекции обеспечит создание сортов с высоким уровнем адаптивности к неблагоприятным почвенным факторам.
Ячмень - широко распространенная зерновая культура, для которой высокая почвенная кислотность является одним из факторов, лимитирующих продуктивность. Это связано с биологическими особенностями данной культуры (Беляков, 1990). Однако имеются указания, что среди рода Hordeum L. существуют формы, толерантные к высокой кислотности почв (Родина, Щенникова, 1998). Выявление таких генотипов, их использование в растениеводстве и селекции может повысить экономическую эффективность возделывания ячменя.
Сложная природа стресса, вызываемого высокой почвенной кислотностью, наличие схнгутствующих ей различных уровней минерального питания, водоснабжения и других факторов требует использования современных методов организации многофакторных экспериментальных исследований. Эти методы, разработанные математической теорией эксперимента (МТЭ), предусматривают использование специальных экономичных схем многофакгорного экспериментирования, которые в МТЭ называются планами. После обработки результатов спланированного эксперимента исследователь получает математические модели, описывающие реакции изучаемого объекта на комбинированное действие комплекса факторов (Разоренов, 1994). Анализ литературы показывает, что число подобного рода исследований весьма ограничено. В частности, мало изучены морфометрические и пигментные характеристики растений при варьировании содержания водорода, доступного алюминия и марганца в почвенном растворе на фоне различных уровней водоснабжения и минерального питания.
Цель пастоящей работы - на контрастных по юіслотоустойчивости сортах ячменя изучить физиологические реакции растений на комбинированное действие эдафических факторов с использованием методологии математической теории эксперимента (МТЭ).
Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
- модифицировать способ экспрессного скрининга коллекции ячменя на ус-
+ 3+ 2+ тойчивость к ионам Н , А1 , Мп для выделения контрастных форм и
источников кислотоустойчивости,
- построить математические модели, описывающие изменения продуктивно
сти и физиологических характеристик контрастных по устойчивости форм ячменя
при комбинированном воздействии Н , А1 ; Мп , водоснабжения и минерального литания на основе пяти- и трехфакгорного экспериментов, проведенных по планам МТЭ,
- провести анализ полученных моделей и ранжировать количественные оцен
ки роли изученных факторов, определить силу и направленность их влияния на
значения откликов.
Научная новизна. Обоснованы методические подходы к диагностике генофонда ячменя на устойчивость к ионам Н , А1 , Мп , выделены перспективные для селекции новые источники кислотоустойчивости.
По результатам многофакторных экспериментов, проведенных по планам МТЭ, впервые построены математические модели, количественно описывающие изменения морфофизиологических и продукционных характеристик контрастных
.1. Т I. 'J I
форм ячменя при комбинированном воздействии ионов Н , Al , Мп , влагообеспеченности и минерального питания, что расширило существующие представления о характере ответных реакций растений на комплексный почвенный стресс. Впервые изучены реакции пигментной системы растений ячменя в условиях комплексного эдафического стресса.
Практическая значимость. Разработана модификация способа комплексной
оценки ячменя на устойчивость к избытку ионов Н , А1 , Мп и проведена оценка фрагмента коллекции (400 образцов) ячменя на устойчивость к этим фактором. Выделены ценные для селекции формы, устойчивые к компонентам токсичности кислых почв. Показано, что кислотоустойчивость ячменя в значительной степени обусловлена эколого-географическим происхождением образца. С помощью моделирования установлена область концентраций токсикантов, в которой может быть достигнута максимальная, для данных условий, продуктивность ячменя, а также для обоих сортов определены основные факторы, влияющие на этот показатель. Показана перспективность применения математической теории эксперимента в физиологии устойчивости растений при решении подобных задач для других культур и комбинаций факторов.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Международном совещании по взаимодействию азот-фиксирующих бактерий с растениями (Саратов, 1995); 1 Всероссийской конференции по ботаническому ресурсоведению (Санкт-Петербург, 1996); конференциях молодых специалистов ВИР (Санкт-Петербург, 1996; 1997); IV Всероссийской конференции молодых ботаников
(Санкт-Петербург, 1997); IVсъездеВсероссийското общества физиологов растений (Москва, 1999); научно-производственном совещании отделов физиологии, генетики автоматизированных информационных систем и лаборатории экологической генетики ВИР.
Публикация результатов исследований. По результатам диссертации опубликовано 7 работ, 1 находится в печати
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, состоит из введения, трех разделов, включающих обзор литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы (326 наименований, в том числе 171 на иностранных языках), содержит 15 таблиц, 7 рисунков и 2 приложения.
