Содержание к диссертации
Введение
1.Обзор литературы 6
1.1. Происхождение культуры. Ботаническая характеристика чеснока озимого 6
1.2. Морфологическая характеристика чеснока озимого 6
1.3. Устойчивость растений чеснока озимого к абиотическим и биотическим стрессам 8
1.4. Характеристика биохимического состава чеснока 10
1.5. Значение и классификация микро- и макроэлементов 12
1.6.Краткая характеристика экотоксикантов 19
1.7. Способы поступления, распределения влияние на морфологию и симптомы токсичности ТМ у растений . 24
1.8.Устойчивость разных видов овощных культур к накоплению тяжёлых металлов. 27
1.9.Селекция на стабильно минимальный уровень экотоксикантов 28
2. Цель, задачи, объекты, условия и методы исследования 31
3. Результаты исследований 39
3.1. Оценка и выделение исходного материала чеснока озимого для селекции на зимостойкость, устойчивость к болезням и урожайность 39
3.1.1. Сравнительная оценка коллекционных образцов и сортов чеснока озимого по уровню зимостойкости 39
3.1.2. Сравнительная оценка коллекционных образцов и сортов чеснока озимого по устойчивости к болезням 42
3.1.3. Сравнительная оценка сортов и коллекционных образцов чеснока озимого по количественным признакам и степени их изменчивости 47
3.1.4. Сравнительная оценка сортов и коллекционных образцов чеснока озимого по урожайности 55
3.1.5. Сравнительная оценка сортов и коллекционных образцов чеснока озимого по биохимическому составу луковиц 57 3.2. Оценка и выделение исходного материала чеснока озимого для селекции на высокое содержание ценных макро- и микроэлементов со стабильно низким накопление экотоксикантов 59
3.2.1. Сортовые различия по накоплению различных химических элементов у чеснока озимого 60
3.2.2. Оценка экологической изменчивости уровня содержания микроэлементов в луковицах различных образцов чеснока озимого 67
3.2.3. Оценка коллекционных образцов чеснока озимого по устойчивости к накоплению радионуклидов 70
3.4. Корреляционный анализ взаимосвязей между селекционно-ценными признаками чеснока озимого 81
3.4.1. Взаимосвязь количественных и качественных признаков 82
3.4.2. Корреляционный анализ зависимости между накоплением различных химических элементов в луковицах чеснока озимого 86
3.5. Влияние способов выращивания с использованием в качестве посадочного материала зубков и однозубковых луковиц на комплекс хозяйственно ценных признаков сортов чеснока озимого в условиях Московской области 90
Обсуждение результатов 95
Заключение 102
Рекомендации производству 105
Список использованной литературы 106
- Морфологическая характеристика чеснока озимого
- Способы поступления, распределения влияние на морфологию и симптомы токсичности ТМ у растений
- Сравнительная оценка коллекционных образцов и сортов чеснока озимого по уровню зимостойкости
- Сортовые различия по накоплению различных химических элементов у чеснока озимого
Введение к работе
Актуальность. Успех селекционного процесса зависит от качества исходного материала, основой создания которого является поиск форм с максимальным сочетанием хозяйственно ценных признаков. Важными признаками при создании новых высокоурожайных сортов чеснока озимого является зимостойкость и устойчивость к комплексу болезней, поскольку сочетание этих признаков определяет способность сорта наиболее полно реализовать свой продуктивный потенциал в различных условиях выращивания. В последние годы большое внимание уделяется биогенным макро- и микроэлементам, имеющих важное значение для здоровья человека. Чеснок по сравнению с другими растениями рода Allium L. накапливает в своем составе более, чем в два раза калия, железа, магния, фосфора, цинка и марганца (Богатов, 1999; Голубкина и др., 2010). Наряду с поиском ценных форм, накопителей «полезных» микроэлементов, важен отбор растений с низким аккумулированием экотоксикантов – тяжелых металлов (ТМ) и радионуклидов (РДН). Это имеет важное значение для использования чеснока в фармацевтической и пищевой промышленности, а именно в изготовлении чеснока сушёного гранулированного, маринованного и пасты (Борисов и др., 2003). При этом отбор будет более эффективен при оценке образцов не только по содержанию отдельных элементов, но и по стабильности их накопления в различных условиях выращивания, поиск коррелятивных связей между содержанием наиболее важных элементов и другими селекционно-значимыми признаками, а также оценка влияния способов выращивания на получение экологически безопасной продукции.
Цель исследований – выделить исходный материал чеснока озимого для селекции на комплекс хозяйственно ценных признаков и стабильно низкое накопление экотоксикантов, а также изучить влияние способов выращивания на урожайность и способность разных сортообразцов аккумулировать радионуклиды.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
-
Изучить сортовое разнообразие чеснока озимого в коллекционном питомнике по зимостойкости, устойчивости к болезням и продуктивности.
-
Провести сравнительную оценку образцов коллекционного питомника чеснока озимого по количественным признакам и степени их изменчивости.
-
Изучить сортовые особенности чеснока озимого по уровню накопления различных макро- и микроэлементов, тяжёлых металлов, радионуклидов.
-
Провести корреляционный анализ между количественными и качественными признаками и содержанием различных химических элементов; выделить наиболее значимые взаимосвязи для селекции чеснока озимого.
-
Выделить перспективный исходный материал для селекции на комплекс признаков: зимостойкость, устойчивость к болезням, продуктивность и низкий уровень накопления поллютантов.
-
Изучить влияние способов выращивания растений чеснока озимого на проявление хозяйственно ценных признаков и накопление экотоксикантов.
Научная новизна. Выявлены общие закономерности и сортовые особенности чеснока озимого по проявлению признаков: зимостойкость, устойчивость к болезням, продуктивность, накопление макро- и микроэлементов, тяжёлых металлов и радионуклидов. Впервые изучены характер и стабильность накопления радионуклидов различными образцами чеснока озимого и показана эффективность отбора устойчивых форм в зависимости от степени загрязнения зоны выращивания. Выявлены признаки селекционно-значимые для сопряжённого отбора форм с высокой устойчивостью к болезням и зимостойкостью (ширина листа, число листьев, содержание аскорбиновой кислоты и суммы сахаров в луковицах). Изучен характер корреляционной зависимости между уровнем накопления различных химических элементов, в том числе тяжёлых металлов и радионуклидов. Показано, что выращивание чеснока через однозубковые луковицы способствует повышению урожайности, но негативно влияет на устойчивость к накоплению стронция.
Практическая значимость. Предложены критерии оценки и ранжирования образцов чеснока озимого по степени зимостойкости и устойчивости к комплексу болезней, стабильно низкому накоплению экотоксикантов. Показаны диапазоны варьирования количественных и качественных признаков в зависимости от генотипа и от экологических условий зоны выращивания. Дана оценка сортов чеснока озимого селекции ВНИИССОК по комплексу селекционно-значимых признаков и предложены основные направления сортоулучшающей селекции. Выделен перспективный исходный материал для селекции на зимостойкость, устойчивость к болезням и стабильно низкий уровень накопления экотоксикантов в луковицах. Выделены сорта Демидов, Дубковский и урожайные коллекционные образцы К-775, К-780 чеснока озимого, которые можно рекомендовать для выращивания на загрязнённых территориях с целью получения экологически безопасной продукции.
Положения, выносимые на защиту:
- сортовые особенности чеснока озимого по проявлению и изменчивости хо
зяйственно ценных признаков, по уровню и стабильности накопления хими
ческих элементов, по степени взаимосвязи между селекционно-значимыми
признаками;
- исходный материал чеснока озимого для селекции на зимостойкость,
устойчивость к болезням, продуктивность и стабильно низкое накопление
экотоксикантов;
- оценка влияния способов выращивания растений чеснока озимого на прояв
ление хозяйственно ценных признаков и уровень накопления радионуклидов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на отчётных сессиях ВНИИ селекции и семеноводства (2012 - 2014 годы), на заседании научно-технического совета и расширенном межлабораторном заседании в 2015 году. Материалы диссертации были представлены на Международной научной конференции, посвященной 150-летию академика В.Р. Вильямса, 3-5 декабря 2013 года, Москва: РГАУ-МСХА; на Международной научной конференции «Научное и кадровое обеспечение продовольственной безопасности России, 2-4 декабря 2014 года, Москва: РГАУ-МСХА.
Публикация результатов исследований. По результатам
исследований опубликовано 15 статей, в том числе 3 – в изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад соискателя в получении научных результатов. Личное участие автора в проведении исследований, обработке и анализе полученных данных, подготовке отчётов и публикаций к печати составляет 80%.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 131 страницах, включает 23 таблицы, 17 рисунков, 18 приложений. Состоит из введения, 3 глав, заключения и рекомендаций. Список использованной литературы включает 151 источник, в том числе 31 иностранных источников. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Морфологическая характеристика чеснока озимого
Важная роль культуре чеснока в рационе человека также отводится как источнику многих жизненно необходимых макро- и микроэлементов. Химические элементы в свободном состоянии в виде множества химических соединений входят в состав всех клеток и тканей человеческого организма. Химические элементы являются важнейшими катализаторами различных биохимических реакций, непременными и незаменимыми участниками процессов роста и развития организма, обмена веществ, адаптации к меняющимся условиям окружающей среды (Скальный, 2004; Otunola G. A., Oloyede O. B., Oladiji A. T., Afolayan A. J., 2010). При этом, для каждого элемента существует оптимальный диапазон концентраций. При дефиците или избыточном накоплении элементов в организме могут происходить серьёзные изменения, в частности, нарушение активности прямо или косвенно зависящих от них ферментов.
Один из принципов классификации химических элементов – это разделение их на группы в зависимости от величины их содержания в теле млекопитающих и человека (Nwokocha CR, Owu DU, Nwokocha MI, Ufearo CS, 2012; Скальный, 2014). Первую группу такой классификации составляют макроэлементы, концентрация которых в организме превышает 0,01%. К ним относятся Р, S, Са, К, Na, Сl, Мn. В абсолютных значениях (из расчета на среднюю массу тела человека 70 кг), величины содержания этих элементов колеблются в пределах от 40 кг до нескольких грамм (магний).
Вторую группу составляют микроэлементы (концентрация от 0,00001% до 0,01%) - Fe, Zn, F, Sr, Cu, Мо, Вr, Si, Cs, I, Аl, Рb, Сd, В, Rb. Эти элементы содержатся в организме в концентрациях от сотен мг до нескольких грамм. Однако, несмотря на «малое» содержание микроэлементы - не случайные компоненты живого организма, а компоненты сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организма на всех этапах его развития.
В третью группу включены «ультрамикроэлементы», концентрация которых ниже 0,000001%. Это Se, Со, V, Сr, Аs, Ni, Li, Ва, Ti, Ag, Sn, Ве, Ga, Ge, Hg, Sc, Zr, Bi, Sb, U, Th, Rh. Содержание этих элементов в теле человек измеряется в мг и мкг. На данный момент установлено важнейшее значение для организма многих элементов из этой группы, таких как, селен, кобальт, йод, германий (прил.14), которые содержатся и в чесноке (Скальный, 2004; Голубкина, 2010; Bagudo B. U. , Acheme O. D., 2014).
Ниже приведены краткие сведения о наиболее важных макро- и микроэлементах.
Калий (К). Много калия содержится в молочных продуктах, мясе, какао, томатах, бобовых, картофеле, петрушке, абрикосах (кураге, урюке), изюме, черносливе, бананах, дыне и в чёрном чае. В организме взрослого человека содержится 160- 180 г калия (около 0,23% от общей массы тела). Биоусвояемость калия организмом составляет 90- 95%. Соли калия легко всасываются и быстро выводятся из организма с мочой и через желудочно- кишечный тракт (Скальный, 2004).
Кальций (Са). Кальций в больших количествах содержится во многих пищевых продуктах и ежедневно поступает в организм с пищей. Кальций является важной составной частью организма; его общее содержание около 1,4% (1000 г на 70 кг массы тела). В организме кальций распределен неравномерно. Кальций обеспечивает прочность костей. Катионы Са2+ , входящие в состав плазмы крови и тканевых жидкостей, учавствуют в поддержании го-меостаза (ионное равновесие, осмотичесое давление в жидкостях организма), в регуляции сердечных сокращений. Кальций может успешно конкурировать с радионуклидами и тяжёлыми металлами на всех этапах метаболизма (Скальный, 2004).
Фосфор (Р). Фосфор входит в состав всех тканей организма, особенно мышц и мозга. Этот элемент принимает участие во всех процессах жизнидея-тельности организма: синтезе и и расщеплении веществ в клетках; регуляции обмена веществ; входит в состав нуклеиновых кислот и ряда ферментов; необходим для образования АТФ (Шеуджен и др., 2004).
В тканях организма и пищевых продуктах фосфор содержится в виде фосфорной кислоты и её органических соединений (фосфатов). Основая его масса находится в костной ткани в виде фосфорнокислого кальция, остальной фосфор входит в состав мягких тканей и жидкостей.
Суточная потребность в фосфоре для взрослых составляет 1200 мг. Она возрастает при больших физических или умственных нагрузках. Большое количество фосфора содержится в продуктах животного происхождения, особенно в печени, икре, а также в зерновых и бобовых. Его содержание в этих продуктах составляет от 100 до 500 мг в 100 г продукта. Много его в ягодных культурах, а также в петрушке, капусте, редисе, редьке, орехе, моркови, чесноке, шпинате. Богатым источником фосфора являются крупы (овсяная, перловая), в них содержится 300-350 мг фосфора/100 г. продукта. Однако из растительных продуктов соединения фосфора усваиваются хуже, чем потреблении пищи животного происхождения (Нечаев и др., 2003).
Магний (Мg). Этот элемент необходим для активности ряда ключевых ферментов, обеспечивающих метаболизм человека. Магний участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца; оказывает сосудосодержащее действие, стимулирует желчеотделение (Шеуджен и др., 2004). Ежедневная потребность в магнии точно не определена; считают, однако, что доза 200 - 300 мг/сутки предотвращает проявление недостаточности. Магнием богата в основном растительные продукты. Большое количество его содержат пшеничные отруби, различные крупы (40 - 200 мг/100 г продукта), бобовые, урюк, курага, чернослив. Присутствует он и во многих листовых овощах, а также в землянике, малине, ежевике (Нечаев и др., 2003).
Натрий (Na). В организм человека натрий поступает ежедневно в виде хлорида натрия NaCl в достаточно больших количествах: 12-15 г (или 4-6 г «чистого натрия»). Окло 40% натрия находится в костной ткани, в соновном, во внеклеточной жидкости. Натрий играет весьма важную роль, для поддержания в организме водно-солевого баланса, а также для нормализации функции почек и нервно-мышечной деятельности (Нечаев и др., 2003).
Марганец (Мn). Биологическая роль марганца изучена достаточно хорошо. Это жизненно необходимый элемент, является компенентом множества ферментов, необходим для нормального роста и развития организма. Среднесуточная потребность составляет 2- 5 мг (Скальный, 2004). Он содержится в тканях всех растений, хотя количественные характеристики у разных систематических групп сильно различаются. Обычно, максимальное количество марганца содержится в цитоплазме растительных клеток, из органелл в хлоропластах. Функции марганца в растительных клетках разнообразны. Основные из них: катализирующая, и участие в окислительно- восстановительных реакциях, в фотосинтезе. Считается, что марганец не является загрязняющим почвы элементом, но известно, что в кислой среде наблюдаются эффекты фи-тотоксичности (Кабата- Пендиас, Пендиас, 1989).
Железо (Fe). Это - обязательный элемент для нормального роста и развития растений (Кабата- Пендиас, Пендиас, 1989). Железо необходимо для процессов преобразования энергии в растительных клетках, оно влияет на активность некоторых ферментов и азотный обмен, молодые листья больше нуждаются в железе. Железо играет большую роль в организме человека. Входит в состав гемоглобина крови.
Способы поступления, распределения влияние на морфологию и симптомы токсичности ТМ у растений
Климат района исследований умеренно континентальный с относительно мягкой зимой, с редкими оттепелями и тёплым влажным летом. Среднегодовое количество осадков на территории колеблется от 450 до 600 мм, средняя относительная влажность воздуха составляет 70%. В летние месяцы среднесуточная температура воздуха составляет 16...18С, сумма среднесуточных температур выше 10С равна 1900С.
Климат области характеризуется умеренно тёплым летом и сравни тельно холодной зимой. Самым холодным месяцем является январь, среднемесячная температура которого составляет 10-11С. Самый тёплый месяц июль, когда среднемесячная температура достигает +17...+18С. Среднегодовое количество осадков колеблется от 450 до 600 мм, средняя относительная влажность воздуха составляет 70%. На территории Московской области преобладают дерново-подзолистые, подзолистые, серые лесные и черноземы. Последние встречаются на юге Подмосковья, южнее реки Осетр.
Одинцовский район входит в тёплый агроклиматический район, который характеризуется суммой активных температур (более 10С) 1900...1950С. Продолжительность безморозного периода в воздухе 128 суток, на почвы 110 суток. Переход с температурой более +15С составляет 60-65 суток. Период среднесуточных температур воздуха через +10С - 5 мая и 15 сентября и через +5С 20 апреля и 10 октября.
Активный рост большинства растений начинается при температуре +10С и более. Возможность выращивания разных овощных культур определяется длительностью периода с температурой воздуха выше этого предела. Дата полного оттаивания почвы: ранняя 25 апреля, средняя 30 апреля и поздняя 5 мая. Запас воды в снежном покрове к началу снеготаяния 100-130 мм. В начальный период вегетации запасы влаги в почве в большинстве лет бывают достаточными для развития растений. За период вегетации происходит большой расход почвенной влаги. Он не компенсируется выпадающими осадками и запасы влаги в течение лета постепенно убывает. Показатель влагообеспеченности (август) -0,9.
Погодные исследования в годы исследований (2012 - 2015 годы.) отличались от среднемноголетних показателей (прил.18), однако в целом их можно определить как не очень благоприятные для роста и развития чеснока озимого. 2012 год. Среднемесячная температура мая 2012 года была выше среднемноголетней на 3,4С, что благоприятствовало развитию растений, , что. Климатические условия вегетационного периода чеснока озимого в 2012 году благоприятствовали росту и развитию культуры
Средняя температура воздуха была оптимальной в течение всего периода вегетации и, хотя она была выше среднемноголетних значений, критических периодов для роста и развития культуры не было благодаря периодическому выпадению осадков. В первой декаде мая выпавшие осадки в виде ливневых дождей способствовали образованию почвенной корки, но вовремя проведённые агротехнические приёмы способствовали хорошему росту и развитию растений. Далее, после появления массовых всходов количество выпавших осадков было ниже среднемноголетних данных: но это не повлияло на рост и развитие растений чеснока озимого, так как осадки присутствовали в небольшом количестве.
В особо важный период вегетации культуры фазы налива луковиц (середина-конец июня), сложившиеся погодные условия по-разному сказались на формирование урожая сортов и коллекционных образцов.
Исследуемый 2012 год в целом можно считать благоприятным для культуры чеснока озимого, так как температура воздуха на протяжении всего вегетационного периода была незначительно выше уровня среднемноголетних данных и своевременно выпавшие в достаточном количестве осадки также были выше уровня среднемноголетних значений.
2013 год. Средняя температура воздуха была оптимальной в течение всего периода вегетации и, хотя она была выше среднемноголетних значений, критических периодов для роста и развития культуры не было благодаря периодическому выпадению осадков. Наиболее теплые периоды отмечены во второй декаде мая, третьей декаде июня и первой декаде июля (средняя температура выше 20С).
В первой декаде мая выпавшие осадки в виде ливневых дождей способствовали образованию почвенной корки, что препятствовало появлению дружных всходов. Далее в третьей декаде мая количество выпавших осадков было выше среднемноголетних данных (на 124 мм), что негативно отразилось на росте и развитии растений чеснока озимого, так как прошедшие ливневые дожди способствовали появлению почвенной корки, частичному смыву верхнего плодородного слоя и болезней характерных для культуры.
В особо важный период вегетации культуры - фаза налива и созревания луковиц (середина-конец июня) погодные условия характеризовались также повышенным количеством осадков, что сказалось на формирование урожая сортов и коллекционных образцов. В целом, погодные условия 2013 года негативно отразились на росте и развитии чеснока озимого и устойчивость к болезням была ниже средней.
2014 год. Среднемесячная температура мая 2012 года была выше среднемноголетней на 3,4С, что благоприятствовало развитию растений, но недостаток влаги в первой и второй декаде мая снизил урожайность (количество осадков ниже среднемноголетних показателей на 45,7%) отрицательно сказалось на росте и развитии растений чеснока озимого. Начало лета было холодным, по сравнению со средними показателями для данного признака. Среднемесячная температура воздуха июня была ниже среднемноголетних данных на 1,1 С. Сумма осадков во второй декаде июня была выше среднемноголетних значений на 60%, при нормальной влажности воздуха 65%.
Сравнительная оценка коллекционных образцов и сортов чеснока озимого по уровню зимостойкости
Распределение образцов по группам устойчивости в разные годы исследований соответственно отличалось. В благоприятных условиях выращивания 2012 года большая часть из изученных коллекционных образцов вошла в группу практически устойчивых (47%). Однако по итоговой оценке за три года такие образцы не выделились, и только четыре относительно устойчивых образца (19% от числа изученных) представляют интерес в качестве исходного материала для селекции чеснока озимого на устойчивость к болезням.
Это коллекционные образцы К-780, К-784, К-796 и сорт Демидов, у которых суммарный процент поражения во все годы не превышал 20% (табл. 1). Причем сорт Демидов можно рекомендовать в качестве стандарта устойчивости к комплексу болезней, наиболее распространенных в условиях Подмосковья, а образец К-762 - стандарта восприимчивости, степень поражения которого в разные годы варьировало от 35% до 67%.
При создании новых сортов селекционер, как правило, в первую очередь ориентируется на фенотипическую изменчивость растений, поэтому в проведении селекционных исследований важное значение имеет информация о характере проявления и изменчивости морфологических признаков, характеризующих генотипы, обладающих тем или иным сочетанием селектируемых признаков. Выявление значимых для селекции корреляционных взаимосвязей между основными и морфологическими признаками дает возможность проводить предварительный отбор ценных форм по косвенным параметрам, что повышает эффективность работы и ускоряет процесс создания исходного материала с необходимым комплексом хозяйственно ценных признаков.
В условиях 2012-2014 годов при биометрическом анализе были изучены следующие морфологические признаки чеснока озимого: число листьев, высота растения, длина листа, ширина листа и длина стрелки. Как показали результаты проведённых исследований коллекционного питомника чеснока озимого по морфологическим признакам наибольшие межсортовые отличия отмечены по показателям «длина стрелки» - Сvg=12,4-13,5% и «ширина листа» - Сvg=16,1-17,7% в зависимости от условий вегетационного периода (табл. 3).
Генетическая составляющая межсортовой изменчивости по признаку «число листьев» была невысокой и составила в разные годы исследований Сvg= 5,2-7,6%. Причем, в отличии от коллекционных образцов все изучаемые сорта в среднем имели меньшую высоту растения и были достаточно близки между собой по признакам «число листьев» и «длина стрелки» (табл.3), на что указывают амплитуды средних значений признаков по сортам (6,5-7,2 штук и 90-93 см соответственно). Среди коллекционных образцов диапазон варьирования данных признаков выше (6,7-8,1 штук и 71-103 см соответственно).
Фенотипическая составляющая (СVe) общей изменчивости в зависимости от года по ряду признаков внутри отдельных образцов существенно отличалась, и только по признакам «число листьев» и «ширина листа», у всех сортов и коллекционных образцов она была низкой (СVe 10%). По признаку «длина листа» у 25% образцов коэффициент фенотипической вариации превысил 10%, у остальных имел низкую степень изменчивости. Признак «высота растения» у 75% образцов был мало вариабелен, а у 15% - высоко изменчив.
В отличии от межсортовой изменчивости, фенотипическая изменчивость в зависимости от года внутри отдельных образцов по ряду признаков существенно отличалась. Так, по признаку «высота растения» изменчивость была относительно низкой у 75% изученных образцов. Средняя изменчивость была установлена у двух сортов Сармат и Одинцовский Юбилейный (10%), а высокая у коллекционных образцов: К-759, К-762, К-775 (15% от общего числа образцов).
По признаку «длина стрелки» наблюдалась высокая изменчивость у двух коллекционных образцов К-767 и К-797, низкая изменчивость отмечалась у двух сортов Сармат и Одинцовский Юбилейный и трёх коллекционных образцов К-782, К-784 и к-788, что составило 10% и 25% из всех изученных образцов соответственно. У остальных образцов зафиксирована средняя изменчивость данного признака.
По признаку «число листьев», у всех сортов и коллекционных образцов была отмечена низкая фенотипическая изменчивость (Сve 10%), как и по признаку ширина листа. По признаку «длина листа» только у 25% образцов коэффициент фенотипической вариации превысил 10%, у остальных имел низкую степень изменчивости.
Анализ полученных результатов позволил выделить следующие образцы с контрастным проявлением ( max; min) каждого признака: Среди них выделяются образцы К-775 и К-780, которые имеют наибольшие параметры по многим из них. Однако по общей площади ассимиляционной поверхности (рис.3) выделяется только образец К-775 ( 700 cм), тогда как образец К-780 за счёт меньшей длины листа занимает лишь промежуточное положение среди других коллекционных образцов (433 cм). Наименьшую среднюю площадь листовой поверхности имеют образцы К-767, К-782 и К-803 ( 300 cм). Отмечена высокая генотипическая изменчивость этого признака между образцами чеснока озимого (Сvg 25%).
Интересно отметить, что из числа перечисленных образцов сорта Заокский и Одинцовский Юбилейный и образцы К-767 и К-782 имеют минимальные значения по двум из пяти перечисленных признаков. Образцы К-775 и К-780, наоборот, имеют максимальные параметры по трём и двум признакам соответственно, то есть формируют наиболее развитую надземную часть относительно остальных образцов.
Сортовые различия по накоплению различных химических элементов у чеснока озимого
По ряду овощных культур показано, что способность накапливать радионуклиды имеет ярко выраженную видовую и сортовую специфику, зависит от степени загрязнения почвы, её гранулометрического состава, рН, от соотношения изотопных и неизотопных носителей радионуклидов, для 90-стронция и 137-цезия это кальций и калий (Черников, Черкес, 2000; Крук, 2004; Солдатенко, 2005). Так, Скорина и Дыжова (2005) в своей работе по луку репчатому указывают, что в условиях Гомельской области изучаемые сорта по уровню накопления радионуклидов разнятся и по годам: диапазон варьирования для 137Cs составил 5,3-23,3 Бк/кг и для 90Sr – от 1,4 до 4,5 Бк/кг.
В среднем лук репчатый по их данным в условиях Гомельской области содержит в своём составе 137Cs Бк/кг и - 2,48 Бк/кг. В то же время по данным других авторов содержание этих радионуклидов в среднем составляло около 40 Бк/кг 137Cs, а количество 90Sr в луковицах могло достигать 178 Бк/кг, то есть коэффициент накопления стронция был существенно выше, чем цезия. При этом межсортовые различия по накоплению цезия у лука репчатого составило 0,8 раза, а по накоплению стронция – 2,3 раза.
По чесноку озимому, исследования по аккумулированию радиоактивных элементов практически не проводились. В связи с этим нами был проанализирован коллекционный питомник чеснока озимого по данному признаку. Как показали результаты исследований коллекционного питомника по накоплению радионуклидов стронция и цезия проявляются сортовые различия и специфика накопления этих элементов в зависимости от метеоусловий вегетационного периода и зоны выращивания.
Сортовые отличия по уровню накопления радионуклидов в луковицах чеснока озимого на примере Московской области. В условиях Мос-71 ковской области накопление поллютантов, а именно радионуклидов невысокое, в зависимости от года и образца оно варьировало от 3,3 до 10,3 Бк/кг по цезию, что почти в 30 раз ниже ПДК. По стронцию содержание изменяется от 6,4 до 18,7 Бк/кг, что более чем в 20 раз ниже ПДК (табл. 12, 13).
Среднее по образцам 9,1 10,9 14,4 Cvg, % 21,1 10,9 19,0 18 НСР05 по фактору А(образец) 1,7 НСР 05 по фактору Б (год) 2,7 НСР05 частных различий 1,1 ПДК 50 -Допустимые уровни содержания токсичных элементов в овощах, мг/кг (Медико-биологические требования и санитарные нормы качества продовольственного питания и пищевых продуктов №5061-89 МЗ СССР, 1990 г.; В.А.Борисов и др., 2003). При этом, как видно из полученных результатов, в общую изменчивость признака «накопление радионуклидов» у большинства образцов существенный вклад вносит экологическая составляющая, которая в зависимости от образца изменяется в пределах СVе=13-49% для цезия и СVе=1-41% для стронция. Вклад генетической составляющей в межсортовую изменчивость был невысокий и составил СVg= 14-21% для цезия и СVg=11-21% для стронция. Наименьшие различия между образцами для обоих элементов отмечены в условиях влажного 2013 года при среднем общем уровне накопления радионуклидов, где разница между крайними образцами составила всего 1,5 раза. Сравнительная оценка изучаемых образцов по стабильности накопления радионуклидов выявила значительные различия в характере их распределения (рис. 9). Количество образцов с низкой (до 10%) и средней степенью варьирования (до 20%) по содержанию цезия было существенно меньше, чем по стронцию и в сумме составило от общего числа 5% и 35% соответственно. Наиболее стабилен по накоплению 137Cs только один коллекционный образец 775, а по 90Sr - семь образцов К-766, К-775, К-780, К-784, К-788, К-795 и сорт Поднебесный, у которых СVе 20%, образец К-788 (Сve=1,4%) (табл.12, 13).
С целью выделения исходного материала для селекции на стабильно низкий уровень накопления цезия особый интерес представляют шесть образцов I группы, а также образец К-775 из II группы характеризующийся вы-счокой стабильностью проявления признака. Наиболее высоким уровнем содержания Cs выше 7,9 Бк/кг характеризуются образцы Одинцовский Юбилейный, К-759 и К-762, которые можно репкомендовать как контрастные формы при изучении закономерностей проявления и наследования селектируемого признака в потомстве.
Среди образцов I группы наибольший интерес для селекции на ста бильно низкое стронция представляют образцы К-780 и К-784, а из II группы-образцы К-788, К-766 и К-795, у которых коэффициент экологической изменчивости по данному признаку был ниже 20%.
Известно, что способность накапливать высокий или низкий уровень содержания определённого химического элемента каким-либо видом растений не означает такой же его способности по отношению к другому химическому элементу (Кабата-Пендиас, 1989), что было отмечено и в наших исследованиях по культуре чеснока озимого. Число образцов, относящихся к аналогичным группам по уровню накопления 137Cs и 90Sr в луковицах, достаточно невелико. Относительно низкий уровень содержания обоих элементов отмечен только у образцов Демидов и К-780, по II группе - это образцы К-766 и К-775, по III группе - образец К-796, по IV группе - образцы Одинцовский Юбилейный и К-759.
Важным отличием в накоплении радионуклидов чесноком озимым является и то, что по содержанию 90Sr распределение образцов по группам накопления приближается к нормальному, тогда как, по 137Cs распределение ассиметрично, со сдвигом в сторону образцов с низким накоплением этого элемента (рис.10).
Специфика распределения вариационных рядов по уровню накопления 137Cs и 90Sr показывает необходимость различного методического подхода на начальных этапах селекционной работы по каждому из исследуемых элементов. Вероятность выделения ценных форм с низким уровнем накопления цезия в случайной выборке генотипов достоточно высокая, тогда как встречаемость форм с низким накоплением 90Sr незначительна. По этому элементу для отбора на селектируемый признак необходим расширенный мониторинг, привлечение в изучение большего объёма материала или ведение синтетической селекции для создания новых ценных форм.
На основании полученных данных в качестве исходного материала для селекции по стабильно низкому суммарному накоплению радионуклидов можно выделить следующие образцы с наиболее низким варьированием признака: К-775, К-780 и К-795. Данные образцы также можно рекомендовать для включения в ассортимент сортов при возделывании чеснока в зонах техногенного загрязнения.
Определённый интерес также могут представлять сорта Демидов и За-окский, коллекционные образцы К-778 и К-797, после их отбора из их популяций форм с низкой экологической зависимостью проявления данного признака. Образец К-759 и сорт Одинцовский Юбилейный могут использоваться в селекционных программах как стандарты, характеризующиеся наиболее высоким уровнем содержания как 137Cs так и 90Sr.
Сравнительная оценка образцов чеснока озимого по уровню накопления радионуклидов в различных экологических зонах испытания. Экологическое сортоиспытание в 2014 году шести образцов чеснока озимого в трёх пунктах: Москва, Гродно, Брянск позволило выявить общие тенденции и сортовые особенности изучаемой культуры по уровню накопления 137Cs и 90Sr. Как видно на рисунке 11, накопление цезия большинством образцов имело схожую закономерность: увеличение содержания этого элемента в луковицах увеличивалось по мере повышения уровня загрязнения зоны этим элементом (за исключением образца К-775). Диапазон варьирования содержания цезия между образцами в Московской области составил 6,4-10,3 Бк/кг, в Брянской области 8,9-11,8 Бк/кг , в Гродненской области 6,9-13,9 ( среднее по зонам 7,9 Бк/кг, 10,6 Бк/кг и 11,4 Бк/кг соответственно).