Влияние почвенной кислотности на урожайность озимой ржи и возможности эдафической селекции

Проведен обзор результатов исследований по влиянию кислотности почвы на урожайность озимой ржи. Обоснована схема селекционного процесса для создания алюмо- и кислотоустойчивых сортов ржи в условиях Северо-Востока НЗ РФ. Для скрининга сортов сельскохозяйственных культур по уровню устойчивости к абиотическому стрессу используются различные методы оценки: культура клеток и тканей; метод питательных растворов; почвенная культура; полевые исследования. Среди зерновых культур озимая рожь менее чувствительна к кислой реакции почв. Однако повышенная почвенная кислотность снижает зимостойкость и регенерационную способность растений ржи после поражения снежной плесенью (M. nivale), что приводит к недобору урожая до 40%. Создание кислотоустойчивых сортов ржи является перспективным направлением в селекционных исследованиях, особенно для условий северного земледелия. В России эдафическая селекция озимой ржи начата в НИИСХ Северо-Востока в 1980 г. и продолжается практически в единственном институте страны. Исследования проводятся в провокационных условиях полевых, вегетационных и лабораторных опытов. Созданы алюмо- и кислотоустойчивые сорта ржи Регина (метод клеток и тканей) и Кипрез (полевой метод многократных отборов на естественном жестком провокационном фоне). В условиях естественного почвенного фона сорта превысили по урожайности исходный сорт Кировская 89 на 0,24 и 0,72 т/га соответственно. Изучение в провокационных почвенных условиях стабильно подтвердило преимущество сорта Кипрез по алюмо- и кислотоустойчивости Прибавка урожайности к стандарту Фаленская 4 составила 0,26-0,32 т/га, к сорту Кировская 89 - 0,78-1,63 т/га. Сорт Регина уступил по продуктивности адаптивному стандарту Фаленская 4. В 2016 г. сорт Кипрез передан на государственное сортоиспытание. На основании проведенных исследований в ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока разработана и внедрена схема создания алюмо- и кислотоустойчивых сортов озимой ржи с использованием комплексного естественного провокационного фона (Н+ и AL³+; M. nivale). Создаваемые сорта проходят обязательную проверку в жестких полевых провокационных условиях. Кислотоустойчивые сорта являются надежным резервом увеличения производства зерна озимой ржи на низкоплодородных кислых почвах Нечерноземной зоны страны и ценными источниками алюмо- и кислотоустойчивости в селекционных программах регионов.

озимая рожь, кислотность почв, естественный провокационный фон, селекция, сорт, алюмо-и кислотоустойчивость

1. Косарева И.А. Изучение коллекций сельскохозяйственных культур и диких родичей по признакам устойчивости к токсическим элементам кислых почв // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012. Т. 170. С. 35-45.

2. Kedrova L., Saveljev Y., Sheshegova T., Shirokhih I., Lisitsyn E. Selection of winter rye (Secale cereal L.) for aluminum and acid resistance // Proceed ings of the EUCARPIA Rye Meeting - July 4-7, 2001, Radzikow, Poland. P. 389-393.

3. Haug A. Molecular Aspects of Aluminum Toxicity // Crit. Rev. Plant. Sci. 1984. Vol. 1. P. 345-373.

4. Von Uexkiill H.R., Mutert E. Global extent, development and economic impact of acid soils // Plant and Soil. 1995. Vol. 171. № 1. P. 1-15.

5. Кедрова Л.И., Уткина Е.И., Шляхтина Е.А., Коновалова С.В. Адаптивный потенциал сортов озимой ржи в условиях почвенного стресса на Северо-Востоке Нечерноземной зоны России // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 6. С. 26-28.

6. Югай А.М. Эффективность производства и уровень кислотности почв // Вестник АПК Верхневолжья. 2015. № 4 (32). С. 3-8.

7. Уткина Е.И., Кедрова Л.И., Шляхтина Е.А. Стрессоустойчивость сортов озимой ржи в условиях Кировской области // Методы и технологии в селекции растений: Материалы Всеросс. научн.-практ. конф. с Международным участием. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2014. С. 107-110.

8. Климашевский Э.Л. Генетический аспект минерального питания растений. М., 1991. 415 с.

9. Соколова Т.А., Толпешта И.И., Трофимов С.Я. Почвенная кислотность. Кислотно-основная буферность почв. Соединения алюминия в твердой фазе почвы и в почвенном растворе. Изд. 2-е, исп. и доп. Тула: Гриф и К, 2012. 124 с.

10. Пономарева Л.В., Дричко В.Ф., Цветкова Н.П., Кудрявцев Д.В. Содержание подвижного алюминия и кислотность почвы на фоне бактеризации алюмотолерантными штаммами как приема повышения устойчивости растений // Сельскохозяйственная биология. 2010. № 1. С. 104-109.

11. Foy C.D. The physiology of plant adaption to mineral stress // Iowa St. J. Res, 1983. Vol. 57. P. 355-391.

12. Vlamis J., Williams D.E. Manganese and silicon interactions in the Gramineae // Plant Soil. 1967. Vol. 28. P. 131-140.

13. Choudhary M., Bailey L.D., Grant C.A. Effect of zinc on cadmium concentration in the tissue of durum wheat // Can. J. Plant Sci. 1994. V. 74. P. 549-552.

14. Yang X., Baligar V.C., Martens D.C., Dark R.B. Influx, transport and accumulation of cadmium in plant species grown at different cadmium 2+ activities // J. Environ. Sci. Health. 1995. Vol. 30. P. 569-583.

15. Buckley W.T., Buckley K.E., Grant C.A. Adsorption, absorption and translocation of cadmium in highcadmium and low-cadmium accumulating lines of durum wheat // Fourth International conference on the biogeochemistry of trace elements. 1997. P. 129-130.

16. Clark J.M., Leisle D., De Pauw R.M., Thiessen L.L. Registration of five pairs of durum wheat genetic stocks near-isogenic for cadmium concentration // Crop Sci. 1997. Vol. 37. P. 97.

17. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace Elements in Soils and Plants, Second Edition. Boca Raton, Florida, 1992. 365 p.

18. Schier G.A., McQuattie C.J. Stimulatory effects of aluminum on growth of sugar maple seedlings // J. Plant Nutrit., 2002. 25(11). Р. 2583-2589.

19. Jayasundara H.P.S., Thomson B.D., Tang C. Responses of cool season grain legumes to soil abiotic stresses // Adv. Agron., 1998. № 63. Р. 77-151.

20. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. М., 1963. Т. 1. С. 108-111.

21. Шильников И.А., Сычев В.Г., Зеленов H.A., Аканова Н.И., Федотова JI.C. Известкование как фактор урожайности и почвенного плодородия. М.: ВНИИА, 2008. 340 с.

22. Жученко А.А. Рожь - стратегическая культура в обеспечении продовольственной безопасности России в условиях глобального и локального изменения погодно-климатических условий. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2009. 52 с.

23. Корнилов М.Ф., Борисова Е.М., Трунина З.В. Известкование почвы и сорт (из работ Ленинградского отделения ВИУАА) // Известкование дерново-подзолистых почв. Тр. ВИУА, М., 1955. № 31. С. 202-250.

24. Косарева И.А., Семенова Е.В. Лабораторный скрининг видов пшеницы на алюмотолерантность // Доклады РАСХН. 2005. № 5. С. 5-7.

25. Лисицын Е.М., Лисицына И.И. Влияние места репродукции сорта на его потенциальную алюмоустойчивость // Сельскохозяйственная биология. 2008. № 5 С. 58-64.

26. Авдонин Н.С. Известкование кислых почв. М.: Колос, 1976. 304 с.

27. Урбан Э.П. Озимая рожь в Беларуси: селекция, семеноводство, технология возделывания. Минск: Беларус. наука, 2009. 269 с.

28. Aniol A., Madej L. Genetic variation for aluminum tolerance in rye // International symposium on Rye Breeding & Genetics. Germany, 1996. P. 201-212.

29. Яковлева О.В., Капешинский А.М. Генетические основы устойчивости к токсичным ионам алюминия у разных видов злаков // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2012. Т. 170. С. 46-57.

30. Стихин М.Ф., Денисов П.В. Озимая рожь и пшеница в Нечерноземной полосе. Л., 1977. 320 с.

31. Zekri M., Parsons L. Response of split-root sour orange seedlings to NaCl and polyethylene glycol stresses // J. Exp. Bot., 1990. Vol. 41. N. 222. Р. 35-40.

32. Oox W., Levit J. Interrelation between environmental factors and resistance of cabbage leaves // Plant. Physiol, 1976. Vol. 57. № 4. Р. 553-555.

33. Гончарова Э.А. Стратегия диагностики и прогноза устойчивости сельскохозяйственных растений к погодно-климатическим аномалиям // Сельскохозяйственная биология. 2011. № 1. С. 24-31.

34. Щенникова И.Н., Шуплецова О.Н., Шешегова Т.К. Регенеранты ячменя с комплексной устойчивостью к стрессовым факторам // Инновационные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Нечерноземье. Иваново: ПресСто, 2013. Т. 2. С. 33-36.

35. Baier, A.C., Somers D.J., Gustafson J.P. Aluminum tolerance in wheat: crrelating hydroponic evaluations with field and soil performances // Plant Breeding. 1995. Vol. 114. P. 291-296.

36. Ring S.M., Fisher R.P., Poile G.J., Helyar K.R., Konyers M.K., Morris S.G. Screening species and cultivars for their tolerance to acidic soil conditions // Plant Soil. 1993. Vol. 155/156. P. 521-524.

37. Внучкова В.А., Неттевич Э.Д., Чеботарева Т.М. Использование методов in vitro в селекции ячменя на устойчивость к токсичности кислых почв // Доклады ВАСХНИЛ. 1989. № 7. С. 2-5.

38. Кедрова Л.И. Озимая рожь в Северо-Восточном регионе России. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2000. 158 с.

39. Щенникова И.Н. Методы и результаты селекции ячменя на устойчивость к кислым почвам // в кн. : Создание сортов овса и ячменя для кислых почв. Теория и практика. Saarbrucken: Palmarium Academic Publishing, 2012. С. 307-333.

40. Mu-yuan Z., Chun-nong H., A-bing X., Miao-bao Y. In vitro selection of aluminum-tolerant variant of barley callus and its characterization // Acta Bot. Sin. 1990. Vol. 32. № 10. P. 743-748.

41. Яковлева О.В. Методы изучения генетического разнообразия ячменя на алюмоустойчивость // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2013. Т. 171. С. 117-122.

42. Лисицын Е.М. Эдафическая устойчивость растений и методы ее оценки // Методы и технологии в селекции растений: материалы Всеросс. науч.-практ. конф. с международным участием. Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2014. С. 52-59.

43. Косарева И.А., Давыдова Г.В., Семенова Е.В. Определение кислотоустойчивости зерновых культур. Методические указания. СПб.: ВИР, 1995. 24 с.

44. Gallardo F., Borie F., Alvear M., Von Baer E. Evaluation of aliminum tolerance of three barley culti-vars by two shortterm screening methods and field experiments // Soil Sc. Plant Nutrit. 1999. Vol. 45. № 3. P. 713-719.

45. Иванов М.В. Основные направления современной селекции (концепция). СПб., 2001. 26 с.

46. Miftahudin M., Scoles G.J., Gustafson J.P. AFLP markers tightly linked to the aluminum tolerance gene Alt3 in rye (Secale cereal L.) // Theor. Appl. Genet. 2002. Vol. 104. № 4. P. 626-631.

47. Wang J.P., Raman H., Zhang G.P., Mendham N., Zhou M.X. Aluminium tolerance in barley (Hordeum vulgare L.): physiological mechanisms, genetics and screening methods // J. Zhejiang Univ. Sci. B. 2006. Vol. 7. № 10. P. 769-787.

48. Navacode S., Weidner A., Lohwasser U., Roder M.S., Borner A. Molecular mapping of quantitative trait loci (QTLs) controlling aluminium tolerance in bread wheat // Euphytica. 2009. Vol. 166. № 2. P. 283-290.

49. Raman H., Karakousis A., Moroni J.S., Raman R., Read B., Garvin D.F., Kochian L.V., Sorrells M.E. Development and allele diversity of microsatellite markers linked to the aluminium tolerance gene Alpin barley // Aust. J. Agric. Res. 2003. Vol. 54. № 12. P. 1315-1321.

50. Pinto-Carnide O., Guedes-Pinto H. Differential behavior of rye Portuguese populations and European varieties to aluminum toxicity // International symposium on Rye Breeding & Genetics (Book of abstracts). Germany, 1996. P. 72.

51. Шляхтина Е.А., Уткина Е.И., Кедрова Л.И., Коновалова С.В. Реакция сортов озимой ржи на условия эдафического стресса // Науке нового века - знания молодых: материалы Междунар. научн.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и соискателей: Сб. научных трудов в 3 ч. Ч. I. Агрономические науки. Киров: Вятская ГСХА, 2011. С. 189-194.

52. Кедрова Л.И., Уткина Е.И., Шляхтина Е.А., Шешегова Т.К., Парфенова Е.С., Шамова М.Г., Охапкина Н.А. Биологические основы производства зерна озимой ржи на Евро-Северо-Востоке РФ // Достижения науки и техники АПК. 2012. № 6. С. 21-23.

53. Уткина Е.И., Кедрова Л.И., Шляхтина Е.А., Парфенова Е.С., Шамова М.Г., Сысуев В.А., Чанчжун Ж. Реакция сорта озимой ржи Фаленская 4 в экстремальных условиях средовых факторов // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 11. С. 55-57.