Введение к работе
Актуальность темы. Возрастание объемов селекционно-генетических исследований и усиление антропогенных нагрузок на природную среду выдвигают задачу-дальнейшего совершенствования методов контроля состояния и прогноза развития агроценозов. Необходима объективная оценка фактического состояния посевов, которая позволила бы судить как об условиях их роста и развития за прошедший период вегетации, так и о перспективах формирования урожая. Используемые традиционные наземные агротехнические обследования трудоемки, дороги, носят выборочный характер. Поэтому ученые и практики' все чаще обращаются к методам дистанционного зондирования (ДЗ), представляющего собой объективную быстродействующую автоматизированную систему сбора и обработки информации о природных объектах без непосредственного контакта с ними (Кондратьев, Федченко, 1982; Clevers, 1986; Milton, Mouat, 1989; Кочубей и др., 1990).
Одна из ключевых задач агрономической оценки - надежное определение стрессового состояния растений. Это особенно актуально для Молдавии, где при изобилии тепла и богатстве почв испытывается постоянный дефицит влаги, а неразумное природопользование привело к массовому засолению и агрохимическому заражению почв. В то же время, использование дистанционных методов, в частности спектрометрии, для диагностики стрессов здесь пока не нашло должного развития. Несмотря на достаточно длительную историю изучения спектральных свойств растений, не решена полностью обратная задача ДЗ -интерпретация информации, получаемой при измерениях, особенно применительно к отдельным культурам, в том числе и к томатам - ведущей овощной культуре республики.
Основную отражающую поверхность растений составляют листья. Состояние листа как отражающего объекта обусловлено генетически детерминированными признаками: анатомическим строением (Gausman at al.,1970; Sinclair et al.,1971), закономерностями онтогенетического развития (Gausman et al.,1971; Hodanova.1985), физиологической и функциональной активноотью (Gates, 1965; Knlpllng, 1970), изменение которых под действием условий произрастания может отличаться у различных по устойчивости генотипов (Бажанов,1986; Krlshnamurthy et al.,1987). Поэтому представляется возможным использование спектральных свойств растений для определения их состояния как в виде самостоятельной задачи, так и в рамках, общего решения проблемы оценки устойчивости растений к стрессовым факторам среды.
Цель работы: исследовать механизмы адаптации томатов к небла-
- г -
гоприятным факторам среды и преломления их генотипических особенностей в спектральном отражении листьев и растетельного лолога в целом для дистанционной диагностики стрессовых состояний и стрес-соустойчивости растений. Задачи исследования:
-
Установить закономерности изменения в неблагоприятных условиях среды содержания пигментов, морфоаяатомической структуры и обводненности листьев томатов как признаков, оказывающих непосредственное влияние на спектральный образ растения. Изучить наследуемость этих .параметров у гибридов Ft.
-
Выявить морфоанагомические и физиологические параметры листьев, наиболее информативные при диагностике состояния и устойчивости растений к абиотическим стрессовым условиям среды.
-
Оценить свявь физиологических и анатомических параметров со спектральними характеристиками листьев с учетом генотипа растений.
-
Идентифицировать комплекс спектральных характеристик, позволяющих наиболее адекватно оценивать состояние томатов и выявить генотипы, устойчивые к стрессовым факторам среды.
-
Сравнить точность оценки состояния растений традиционными и дистанционными методами.
Научная новизна. Впервые на примере томатов показано проявление в спектральном образе растений их устойчивости к действию абиотических стрессовых условий среды. Установлено, что особенности спектрального отражения отличащихся по устойчивости томатов .обусловлены различиями реакций их физиологической и морфоанатомической структуры; показана важность учета генетической природы растений в дистанционной диагностике стрессовых состояний. Определены наиболее информативные спектральные признаки при диагностике состояния и устойчивости растений к почвенной засухе, хлоридному засолению, избыточным дозам азотных удобрений и заражению ВТЫ в зависимости от фазы развития и природы стресса. Показана возможность кластеризации растений томатов различной стрессоустойчивости ло их спектрам отражения.
Практическая значимость работы. Выявленные закономерности изменения физиологических и анатомических характеристик листьев го-матов под действием абиотических стрессов способствуют углублению и расширению представлений о механизмах стрессоустойчивости. а установленная зависимость отражательных свойств листьев от этих изменений - о механизмах формирования спектрального отражения. Пред-
- з -латаемый подход к разделению генотипов томатов различной стрессо-устойчивости по спектральным характеристикам может найти применение в селекционной практике, а выявленные наиболее информативные спектральные характеристики для оценки состояния растений - при разработке приборов и экспресс-методов дистанционной диагностики стрессов.
Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции "Применение дистанционных методов в сельском хозяйстве" (Чернигов, 1986), Всесоюзном совещании "Частная генетика растений" (Киев, 1989), на международной конференции "Актуальные проблемы генетики, биотехнологии и селекции" (Кишинев, 1994) и заседании Ученого совета Института генетики АН РМ. По материалам диссертации опубликовано б работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Материал изложен на 148 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков и 21 таблицу. Список литературы включает 208 источников, из них 101 иностранных.