Том 14 (53), N 1

ПОВЫШЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЗОТФИКСИРУЮЩЕГО ПОТЕНЦИАЛА ЛЮЦЕРНЫ

Люцерна является одной из важнейших кормовых культур и способна в симбиозе с клубеньковыми бактериями полностью обеспечить свои потребности в азоте за счёт биологической азотфиксации, размеры которой в год могут достигать 400 и более кг/га [1]. Значительный вклад в определении показателей симбиотической активности вносит фактор взаимодействия генотипов обоих партнёров [2], поэтому необходимо проводить подбор наиболее оптимальных комбинаций генотипов фито- и ризобиосимбионтов: "сорт растений - штамм клубеньковых бактерий" [3].

Исследования показали, что некоторые изученные на фоне инокуляции высокоактивными штаммами клубеньковых бактерий сортовые популяции люцерны характеризуются высокой изменчивостью по симбиотическим признакам, которые могут достигать 105-115% [3, 4].

У люцерны распределение растений по азотфиксирующей активности и числу клубеньков часто обладают левосторонней асимметрией, т.е. большинство растений в сортовых популяциях имеют относительно низкие значения этих признаков [3].

Внутрисортовой полиморфизм люцерны существенно ограничивает возможность повышения активности симбиоза за счет селекции ризобий [5]. Cелекцию люцерны обычно проводят при достаточном обеспечении растений минеральным азотом и можно предположить, что в этих условиях у обоих симбионтов происходит элиминация генов, обеспечивающих высокий уровень азотфиксации [2]. Поэтому одной из важнейших задач селекции люцерны является насыщение сорта растений генотипами, которые обеспечивают способность растений в значительной степени или полностью удовлетворять потребность в азоте за счет симбиотической азотфиксации.

Исследования генетического азотфиксирующего потенциала современных сортов люцерны, координированная селекция клубеньковых бактерий и бобовых растений, направленная на создание высококомплементарных сочетаний их генотипов, необходимы для существенного повышения эффективности симбиотической азотфиксации.

Цель нашей работы заключалась в поиске высококомплементарых комбинаций сортов люцерны и штаммов Rhizobium meliloti, отличающихся высокой эффективностью симбиотической азотфиксации, и дальнейшем повышении генетического азотфиксирующего потенциала бобово-ризобиальной системы путем внутрисортовой селекции.

В работе использовали семена люцерны, предоставленные д.б.н. А. Ф. Бобром из Института земледелия УААН (г. Киев) и штаммы клубеньковых бактерий 425а, 412б, СХМ-3, СХМ1-188 и Т-118, полученные из коллекции ВНИИСХМ (г. Санкт-Петербург) и 404б - из УКМ ИВМ им. Д. К. Заболотного (г. Киев).

Работу проводили, пользуясь общепринятыми методами исследований клубеньковых бактерий [6]. В вегетационных опытах на безазотном субстрате была изучена отзывчивость пяти сортов (Роксолана, Ярославна, Бореале-47, Интенсивный, Весолоподолянская-11) и трех самофертильных линий (Эврика, Ферракс, Кишварди) люцерны на инокуляцию шестью производственными и перспективными штаммами клубеньковых бактерий. Проростки семян люцерны высаживали в полиэтиленовые сосуды объёмом 250 см3, наполненные стерильным вермикулитом со средой Красильникова-Кореняко. Повторность опыта шестикратная. Появившиеся всходы (3 растения на сосуд) инокулировали 10 мл суспензии трёхсуточной культуры штаммов Rh. meliloti с титром 106 бактерий/мл. Люцерну выращивали до начала цветения. Об эффективности симбиоза судили по прибавке зелёной массы инокулированных растений в сравнении с контролем и ацетиленредуктазной активности клубеньков. Cтатистическую обработку результатов поводили методом дисперсионного анализа [7].

В условиях вегетационного опыта на безазотном субстрате наиболее отзывчивыми на инокуляцию оказались сорта Интенсивный, Весёлоподолянская-11, Ярославна и линия Эврика, у которых прибавка урожая зеленой массы составила в среднем 35-48% (табл.1). Наиболее генетически комплементарными комбинациями "сорт-штамм" были "Роксолана-425а, 404б", "Ярославна-Т-118, 404б", "Эврика, Бореале 47, Интенсивный-404б", "Весёлоподолянская 11, Ферракс, Кишварди- СХМ-3".

Среди изученных штаммов Rh. meliloti лучшими в симбиозе с большинством сортов были 404б и СХМ 3, обеспечившие повышение урожая зелёной массы на 18-71% (табл). В полевом опыте на серой лесной почве штамм 404б в симбиозе с сортами Ярославна и Полтавчанка также превосходил штамм 425а по урожаю зелёной массы растений соответственно на 93 и 79% к контролю для сорта Ярославна и 39 и 65% к контролю для сорта Полтавчанка [8].

Азотфиксирующая активность штаммов 404б и 425а в симбиозе с изучаемыми сортами люцерны была самой высокой в опыте, составляя в среднем по сортам 354 и 348 нМ этилена/растение в час, что превышало среднюю ацетиленредуктазную активность остальных штаммов на 32-46%.

Таким образом, высокая азотфиксирующая активность и эффективность производственного штамма 404б в симбиозе с большинством изученных сортов люцерны дали основание использовать его в качестве ризобиосимбионта для селекционной работы по интенсификации симбиотической азотфиксации перспективного сорта люцерны Ярославна.

Семена люцерны сорта Ярославна были проинокулированы суспензией трёхсуточной культуры штамма 404б с титром 109 бактерий/мл (1% от массы семян) и высеяны рядками длиной 2,5 м при междурядьях 15 см и расстоянием между растениями в ряду 3-5 см в дренированный бетонный резервуар глубиной 0,6 м, который был заполнен речным песком, удобренным порошковидным суперфосфатом 0,5 г/кг и сульфатом калия 0,2 г/кг. Крайние ряды и 2 крайних растения в рядках служили защиткой.

В начале цветения люцерны проводили индивидуальный учёт надземной массы 1000 растений. Коэффициент вариации данного показателя в первом укосе составил 70,8% при среднем урожае одного растения 3,95 ± 0,22 г, а во втором укосе соответственно 62,2% и 10,71 ± 0,21 г. Гистограмма распределения растений по урожаю зелёной массы при симбиотрофном питании азотом имела значительную левостороннюю асимметрию, что указывает на преобладание в сортопопуляции растений с низкой азотфиксирующей способностью. Для создания популяции с повышенным азотфиксирующим потенциалом было отобрано 40 растений, у которых масса по результатам двух укосов в два и более раз превышала среднюю в опыте. Их пересадили в почву и в результате свободного переопыления получили семена улучшенной сортопопуляции. Одновременно на другом пространственно изолированном участке вырастили семена исходной сортопопуляции Ярославны.

Таблица 1

Эффективность симбиоза сортов и линий люцерны со штаммами Rh. meliloti
при симбиотрофном питании растений азотом

В следующем году семена исходной и улучшенной сортопопуляций Ярославны были проинокулированы штаммом 404б и высеяны в резервуар с речным песком и в почву для сравнительной оценки эфективности их симбиотической азотфиксации.

Гистограммы распределения растений люцерны по урожаю надземной массы у исходной (291 раст.) и улучшенной (289 раст.) сортопопуляций имели левостороннюю асимметрию, однако у последней она была менее выражена и

Рис. 1. Распределение растений люцерны по величине надземной массы в исходной и улучшеной по азотфиксирующей способности сортопопуляциях.

средний урожай в результате однократного отбора повысился с 7,5 до 11,4 г на растение или на 52% (Рис.). Тем не менее, коэффициент варьирования данного признака изменился незначительно - с 76,7 до 73,5%, что указывает на достаточно высокую гетерогенность улучшенной по эффективности симбиотической азотфиксации сортопопуляции люцерны Ярославна и необходимость дальнейшей селекции в этом направлении.

В полевых опытах 1999-2000 годов на неорошаемой лугово-чернозёмной почве без минеральных удобрений урожай зелёной массы улучшенной по симбиотической активности сортопопуляции люцерны превысил урожай исходной на 26-40 ц/га или на 14-24%.

Литература

1. Старченков Е. П., Коць С. Я. Биологический азот в земледелии и роль люцерны в пополнении его запасов в почве // Физиология и биохимия культ. растений. - 1992. - 24, N4. - С. 325-337.
2. Проворов Н. А. Специфичность взаимодействия клубеньковых бактерий с бобовыми растениями и эволюция бобово-ризобиального симбиоза (обзор) // С.-х. биология. - 1985. - N3. - С.34-46.
3. Генетика симбиотической азотфиксации с основами селекции / Под ред. Тихоновича Н. А., Проворова Н. А. - СПб: Наука, 1998. - 194 с.
4. Проворов Н. А., Симаров Б. В. Внутрисортовая изменчивость люцерны по активности симбиоза с Rhisobium meliloti // С.-х.биология. - 1986. - N12. - С.37-41.
5. Сметанин Н. И., Родынюк И. С., Шумный В. К. Сортовой полиморфизм люцерны по азотфиксирующей способности // С.-х.биология. - 1987б. - N6. - С.25-28.
6. Селекция люцерны на повышение эффективности симбиоза с клубеньковыми бактериями (Методические рекомендации) / Под общ.ред. Шумного В. К. - М., 1990. - 50 с.
7. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - М: Агропромиздат, 1985. - 151 с.
8. Бутвина О. Ю., Бобёр А. Ф., Башкирова Н. В., Ничик М. М. Изучение потенциала биологической азотфиксации у люцерны // Тези доп. мiжнар. наук.-практ. конференцiї "Селекцiя, насiнництво i технологiї вирощування польових культур". - Чернiвцi: Буковина, 1996. - С. 226-227.