Статьи по растениеводческим темам
  • Регистрация
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (1 Голос)

УДК

ВАЖНЕЙШИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ОТБОРА СЕМЯН

МАКРУШИН Е. М. – член-корреспондент УААН, доктор с.-х. наук, директор НИИ семеноводства южного филиала Национального университета биоресурсов и природопользования Украины

МАКРУШИНА Е. М. – кандидат с.-х. наук

Прогностика как наука представляет собой теорию и практику предвидения, т. е. наука о законах и способах разработки прогнозов. Прогноз (от греческого prognosis – предвидение, предсказание) – это конкретное предсказание, суждение о состоянии какого-либо явления в будущем. Это понятие широко распространено и успешно используется в медицине, метеорологии и экономике. Прогнозирование как метод анализа современного состояния и определения перспектив развития все активнее используется в растениеводстве [39, 27, 8, 13, 28, 35].

На современном уровне развития мирового земледелия его стратегическую основу составляет программирование продуктивности возделываемых растений, заключающееся в разработке программы, т. е оптимального количественного соотношения управляемых факторов с учетом действия неуправляемых погодных явлений, которые в системе технологического процесса обеспечивают получение планируемого урожая при наиболее экономном использовании наличных ресурсов. Программированию урожая предшествует его прогнозирование, которое дает вероятное представление о теоретически возможном урожае, обеспечиваемое климатическими ресурсами, плодородием почвы, удобрениями, орошением и другими факторами [16, 35, 1].

Основополагающую роль в формировании урожая играет генетический потенциал растений, который реализуется через посевной и посадочный материал. В связи с этим в прогнозировании и программировании продуктивности растений одно из важных мест занимает теоретическое семеноводство. В этом направлении рядом ученых ведутся исследования, в результате которых раскрываются теоретические аспекты проблемы и разрабатываются приемы их практического использования.

Достаточно глубоко изучена проблема прогнозирования биологических свойств семян в зависимости от почвенно-климатических условий [5, 3, 20, 22, 23, 24]. Вопросы прогнозирования полевой всхожести семян освещаются в работах Н. Н. Кулешова [19]; И. Г. Строны [33]; Н. К. Ижика [12]; П. В. Петкилев, С. В. Лыков (1988) разработали математическую модель прогнозирования урожайных свойств семян.

Распространенными являются генетические методы прогнозирования поведения линий и гибридов при селекции на гетерозис, а также маркирование генов, детерминирующих проявление конкретных признаков [11, 9, 4]. С. Л. Тютерев и др. [34] предлагают использовать белковые маркеры в оценке пшеницы мягкой на устойчивость к бурой ржавчине. А. А. Корчинский [18] разработал модель генетического эффекта системного контроля признаков. Ю. М. Сиволап [30] освещает важнейшие принципы использования молекулярных маркеров в селекции и семеноводстве. Эти принципы успешно развиваются в работах ученых Южного биотехнологического центра в растениеводстве УААН создана система идентификации, контроля и детектирования важнейших признаков у ячменя, что может быть использовано в современной селекции и семеноводстве. Разработаны ДНК-технологии оценки типичности и уровня гибридности у кукурузы [17], а также подсолнечника [31].

М. Д. Мельничук с авторами (2008) [11] считают, что размножение растений in vitro имеет широкие перспективы в получении генетически однородного посадочного материала, освобождения растений от вирусов путем меристемной культуры, а также в ускорении перехода растений от ювенильной до продуктивной фазы.

Значительное место в прогнозировании биологических свойств семян занимает изучение анатомических особенностей, а также морфологии проростков и развивающихся из них растений. А. Л. Зозуля [11] предлагает способ определения потенциальной продуктивности растений кукурузы по мощности развития корневой системы. Н. М. Макрушин [22] важным фактором в формировании высококачественных семян считает соотносительное развитие корневой системы и надземной вегетативной массы. Чем большее количество корешков образуется в пересчете на один стебель и одно семя в соцветии, тем успешнее идет процесс формирования семян за счет обильного обеспечения их пластическими веществами и влагой.

М. В. Архипов, Л. И. Никитина [2], считают возможным прогнозировать полевую всхожесть семян по начальному росту проростков, по гармоничности роста корней и ростка. Использование величины органов проростков в качестве оценки урожайных свойств семян пшеницы предлагает также Л. М. Ларионов (2004).

В. Н. Савин, М. В. Архипов, Л. П. Русаков [29] считают целесообразным для определения урожайных свойств семян ввести понятия «степень жизнеспособности», заключающееся в возможности зародышевых органов к прорастанию с большим или меньшим уровнем развития ростка.

Биологические свойства семян - как посевные, так и репродуктивные, определяются анатомическими и морфологическими особенностями их структуры, биохимическим составом и физиологическим состоянием. На примере ряда видов растений установлено, что наиболее объективным параметром оценки качества семян является их форма, определяемая соотношением геометрических размеров – ширина : толщина : длина. Каждому сорту или гибриду свойственна оптимальная форма семян, при которой посевной материал обладает наиболее высокими биологическими свойствами. Любое отклонение от оптимальной формы, независимо от того увеличивается или уменьшается при этом масса семян, приводит к снижению урожайности растений в потомстве [22, 37, 38, 14, 25, 10, 15].

Известно, что масса, геометрические размеры и форма семени являются внешним проявлением процессов синтеза, превращения, распределения и накопления органических веществ в эмбриональных и запасающих тканях. Накопление веществ происходит при формировании семян, во время прорастания запасные вещества утилизируются для развития проростка. Интенсивность этих процессов во многом определяет дальнейший рост растений и их продуктивность. В связи с этим характер метаболизма органических веществ при прорастании семян объективно отражает потенциал их биологических свойств.

Установлено, что пул углеводных субстратов для формирования семян создается в процессе фотосинтеза. В зависимости от содержания белка в листьях изменяется уровень метаболической активности биомассы [32]. Показано, что гипотермия по отношению к молодым проросткам озимой пшеницы приводит к существенным изменениям в спектре растворимых белков. У сортов, отличающихся высокой морозоустойчивостью, специфичными являются стрессовые белки: типа 14 КД, 20 КД, 27 КД.

Отмечена положительная корреляция содержания жира в семенах с продуктивностью растений в потомстве. Содержание же протеина в посевном материале отрицательно коррелирует с репродуктивными свойствами семян (Хаким Абдул и др., 1998).

И. Д. Нечипорчук и А. Ф. Андрощук [26] показали, что при посеве семян яровой пшеницы, имеющих стекловидную структуру и повышенное содержание белка (12,8%) урожайность зерна составила 1,20 кг, тогда как при посеве семян мучнистых (10,3% белка) – 1,39 кг с опытной делянки. Семена мучнистой консистенции имели повышенную энергию прорастания (76%) и лабораторную всхожесть (94%). Высокобелковые стекловидные семена обладали более низкими посевными свойствами – 61 и 90% соответственно.

Отмечается также изменчивость аминокислотного состава белков при прорастании семян. В проростках кукурузы в стадии всходов обнаружено повышенное содержание аспарагиновой, глутаминовой аминокислот и тирозина (Новожилова, Тимощенко, 2003).

Н. М. Макрушин [22] разработал экологический принцип прогнозирования биологических свойств семян. На основании исследования зависимости посевных и репродуктивных свойств семян от почвенно-климатических факторов на примере озимой пшеницы автором установлены эквиваленты недостатка, эквиваленты избытка, амплитуды оптимума и критические периоды по отношению к осадкам и температуре воздуха в разные периоды онтогенеза растений.

На основании выявленных в результате многолетних исследований закономерностей в изменчивости урожайности и качества семян в зависимости от природных условий разработана принципиально новая классификация урожая при оценке его как посевного материала. При этом выделяется четыре типа урожая: 1) высокий урожай с высоким качеством семян; 2) высокий урожай с низким качеством семян; 3) низкий урожай с высоким качеством семян; 4) низкий урожай с низким качеством семян. Каждый из этих типов формируется в определенных почвенно-климатических условиях.

Использование предложенной классификации дает возможность прогнозировать биологические свойства семян в зависимости от почвенно-климатических условий конкретных областей и регионов и выделять для организации семеноводства оптимальные экологические зоны.

Исходя из изложенных выше методических положений, В. М. Маласай и Е. М. Макрушина [23] разработали экологические основы семеноводства для овощных растений, а С. И. Мельник [24] для масличных растений.

На основании наших исследований, а также анализа научной информации о зависимости качества семян от природных и антропогенных условий, а также внутренних факторов – генетических, морфологических и химических, тесты прогнозирования биологических свойств посевного материала можно классифицировать в семь типов: 1) онтогенетический, 2) генотипический, 3) морфо-анатомический, 4) физиолого-биохимический, 5) биотехнологический; 6) экологический, 7) антропологический.

1.  Реализация генотипического потенциала растений, характер фенотипического проявления признаков и свойств организма осуществляется в процессе онтогенеза под влиянием условий внешней среды. При изучении формирования семян важным является определить место этого процесса в общей схеме онтогенеза растений.

Н. И. Вавилов [7] указывал, что растения в разные периоды онтогенеза неодинаково относятся к условиям окружающей среды. Исходя из этого положения, Н. М. Макрушин [22] предложил логически правильно построенную циклическую схему онтогенеза и вегетационного периода растений. При этом выделяются этапы онтогенеза, фенологические фазы и критические периоды вегетации, в течение которых формируются семена наиболее чувствительны к условиям внешней среды.

2.  Генетическое прогнозирование биологических свойств семян состоит в анализе генотипического потенциала сортов и гибридов, характера наследования отдельных или комплекса признаков и свойств растений, а также модификационного их проявления как уровня генотипической нормы реакции в процессе онтогенеза.

3.  Морфо-анатомический принцип прогнозирования биологических свойств посевного материала заключается в оценке особенностей строения семян, соотношения их отдельных параметров в связи с продуктивностью растений в потомстве.

4. Характер анаболических и катаболических процессов в метаболизме растений, накопление физиологически активных и запасающих тканях семян в значительной степени определяют их биологические свойства. В формировании семян значительную роль играет сложный физиолого-биохимический процесс – реутилизация веществ. При этом накопленные в вегетативных органах сложные запасные органические вещества превращаются путем гидролиза в транспортные формы за счет аттрагирующей способности генеративных органов активно используются для построения тканей и органов семян и накопления запасных веществ. Интенсивность и полнота процесса реутилизации являются важнейшими факторами формирования семян с нормальной морфо-анатомической структурой и накопления достаточного количества запасных соединений, необходимых для успешного прорастания семян и становления проростка.

Путем определения связи продуктивности растений с динамикой веществ при формировании и прорастании семян определяются биохимические и физиологические тесты их биологических свойств.

5. Реализация генотипического потенциала сортов и гибридов, анатомических и биохимических особенностей семян происходит в конкретных условиях выращивания материнских растений. Важнейшими при этом являются почвенно-климатические факторы. Определение оптимальных уровней этих факторов для формирования семян с высокими посевными и урожайными свойствами является основой экологического прогнозирования качества посевного материала.

6. Биотехнология – это современный раздел биологической науки, изучающий пути и методы использования естественных и искусственно воспроизводимых процессов жизнедеятельности организмов с целью получения полезных для человека продуктов. Важнейшими ее направлениями являются сохранение генофонда и создание на его основе новых форм растений, а также разработка приемов экспресс-диагностики, анализа и оценки селекционного материала, получаемого методами как классической генетики, так и генетической инженерии [40].

Наиболее распространенным принципом диагностики и оценки в селекции являются ДНК-технологии с использованием метода полимерной цепной реакции (ПЦР). Такие технологии позволяют в течение короткого срока провести исследование большого количества материала, что обусловливает их широкое применение в решении проблем генетики, селекции и семеноводства. С целью ускоренного размножения и оздоровления посадочного материала успешно используются микроклональный метод, а также иммунодиагностика.

Следовательно, использование биотехнологических приемов является перспективным в дальнейшем повышении теоретического уровня прогнозирования качества, размножения и оздоровления семян и посадочного материала.

7. Говоря о соотношении генотипического потенциала и условий выращивания растений Н. И. Вавилов [6] отмечал, что хотя резкие изменения, вызываемые влиянием различных факторов среды, у растений не наследуются, однако в решении вопроса об урожайности данного сорта и качестве продукции такая изменчивость имеет решающее значение. Ученый указывает: «Прежде всего лучший агрофон позволяет увеличить урожай, влияет на качество урожая. Несомненно также и последействие питания материнского организма, которое не может не сказаться в значительной степени и на производительности у потомства (Избр. соч. М.,1966. – С.30-31).

Исходя из этих положений при прогнозировании урожайных свойств семян и определении возможного урожая растений в потомстве нельзя не учитывать антропогенный фактор. Специалист должен создавать уровень агротехнологического комплекса, позволяющий наиболее полно реализовать генотипический потенциал сорта и биологические свойства семян.

Список использованной литературы

1.  Адамень Ф. Ф. Основы математического моделирования агробиопроцессов / Адамень Ф. Ф., Вергунов В. А., Вергунова И. Н. – К.: Нора-Принт, 2005. – 371 с.

2.  Архипов М. В. О необходимости коррекции лабораторной оценки посевных свойств семян зерновых культур / М. В. Архипов, Л. И. Никитина // 4-й Съезд Общества физиологов растений России, Москва, 4-9 окт. 1999. – Т. 2. – М., 1999. – С. 523.

3.  Ацци Дж. Сельскохозяйственная экология / Ацци Дж. – М. Изд. иностр. лит., 1959. – 477 с.

4.  Батыгина Т. Б. Эмбриология пшеницы / Батыгина Т. Б. – Л.: Колос, 1974. – 206 с.

5.  Броунов П. И. Сельскохозяйственная метеорология / Броунов П. – М.: Гидрометеоиздат, 1957. – Т. 2. – 383 с.

6.  Вавилов Н. И. Избранные сочинения. Генетика и селекция / Вавилов Н. И. – М., 1966. – С. 30–31.

7.  Вавилов Н. И. Избранные труды / Вавилов Н. И. – М. – Л.: Изд. АН СССР, 1962. – 531 с.

8.  Гродзинский А. М. Краткий справочник по физиологии / Гродзинский А. М., Гродзинский Д. М. – К.: Наукова думка, 1964. – 388 с.

9.  Думанович Я. Селекция на высокое содержание и качество масла и белка / Я. Думанович, Г. Саратлич // Кукуруза и сорго. – 1993. – № 5. – С. 8–10.

10.  Еськова О. В. Анатомо-морфологические и генетические особенности гетероспермии кукурузы и их использование в селекции и семеноводстве: дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.14 / Еськова Оксана Витальевна. – Симферополь, 2005. – 264 с.

11.  Зозуля А. Л. Анатомо-морфологические способы оценок селекционного материала кукурузы / А. Л. Зозуля // Селекция и семеноводство. – 1983. – Вып. 55. – С. 27–30.

12.  Ижик Н. К. Полевая всхожесть семян / Ижик Н. К. – К.: Урожай, 1976. – 199 с.

13.  Каюмов М. Н. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур / Каюмов М. Н. – М.: Агропромиздат, 1989. – 319 с.

14.  Клиценко О. А. Зависимость биологических свойств семян от формы зерновки и формирование этого показателя у гибридов кукурузы: дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.05 / Клиценко Олег Алексеевич. – Симферополь, 1994. – 157 с.

15.  Клиценко Г. Г. Морфологические аспекты гетероспермии сои и ее использование при отборе семян: дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.14 / Клиценко Галина Григорьевна. – Симферополь, 2008. – 229 с.

16.  Ковалев В. М. Прогнозирование и программирование урожаев / Ковалев В. М. – М.: Знание, 1987. – 64 с.

17.  Кожухова Н. Є. ДНК-маркери в насінництві кукурудзи / Н. Є. Кожухова, О. О. Захарова // Сучасний стан та перспективи розвитку насінництва в Україні: наукові праці ПФ “КАТУ” НАУ. – 2008. – Вип. 107. – С. 142–144.

18.  Корчинский А. А. Развитие теории и модели генетического эффекта системного контроля признаков / А. А. Корчинский, П. Литун // Збірник наукових праць УААН – К.: Аграрна наука. – 1999. – С. 142–147.

19.  Кулешов Н. Н. Агрономическое семеноведение / Кулешов Н. Н. – М.: Сельхозиздат, 1963. – 304 с.

20.  Макрушин Н. М. Методические указания по выделению зон оптимального семеноводства в связи с переводом его на промышленную основу / Макрушин Н. М., Зюбровская Т. // М.: МСХ СССР, 1978. – 22 с.

21.  Макрушин Н. М. Основы гетеросперматологии / Макрушин Н. М. – М.: Агропромиздат, 1989. – 287 с.

22.  Макрушин Н. М. Экологические основы промышленного семеноводства зерновых культур / Макрушин Н. М. – М.: Агропромиздат, 1985. – 285 с.

23.  Маласай В. М. Посевные свойства семян овощных культур в различных почвенно-климатических зонах / В. М. Маласай, Е. М. Макрушина // Вісник аграрної науки. – 2000. – Вип. 11. – С. 31–32.

24.  Мельнік С. І. Зональне насінництво в України: історія, сучасний стан, перспективи / С. І. Мельнік // Наукові праці ПФ “КАТУ” НАУ. – 2008. – Вип. 107. – С. 32–35.

25.  Нгуен Тхи Тхань Тху. Физиолого-биохимическое обоснование гетероспермии кукурузы (азотный обмен): дис. … канд. биол. наук: 03.00.12 / Нгуен Тхи Тхань Тху. – Симферополь, 1995. – 200 с.

26.  Нечипорчук И. Д. Влияние консистенции семян на биолого-физиологические процессы, урожай и его качество / И. Д. Нечипорчук, А. Ф. Андрощук // Вестник сельскохозяйственной науки. – 1964. – № 10. – С. 34–37.

27.  Ничипорович А. А. Теория фотосинтетической продуктивности растений / А. А. Ничипорович // Физиология растений. ВИНИТИ. – 1977. – Т. 3. – С. 11 –54.

28.  Палилова А. Н. Генетика и урожай / Палилова А. Н. – Минск: Ураджай, 1990. – 182 с.

29.  Савин В. Н. Степень жизнеспособности, как один из показателей качества семян / В. Н. Савин, М. В. Архипов, Л. П. Русакова // 4-й Съезд Общества физиологов растений России, Москва, 4-9 окт. 1999. – Т. 2. – М., 1999. – С.679–680.

30.  Сиволап Ю. М. Важливий принципи використання молекулярних маркерів в насінництві / Ю. М. Сиволап // Сучасний стан та перспективи розвитку насінництва в Україні: наукові праці ПФ “КАТУ” НАУ. – 2008. – Вип. 107. – С. 120–123.

31.  Солоденко А. Є. ДНК-технології в сучасній селекції та насінництві соняшника / А. Є. Солоденко, А. В. Трояновська, Ю. М. Сиволап // Сучасний стан та перспективи розвитку насінництва в Україні: наукові праці ПФ “КАТУ” НАУ. – 2008. – Вип. 107. – С. 67–70.

32.  Строганова М. А. Численная модель накопления белка и крахмала в зерне в период налива / М. А. Строганова // Тр. ВНИИ с.-х. метеорологии. – 1985. – Вып. 9. – С 65–73.

33.  Строна И. Г. Общее семеноведение полевых культур / Строна И. Г. – М.: Колос, 1966. – 464 с.

34.  Тютерев С. Л. Использование белковых маркеров в оценке мягкой пшеницы на устойчивость к бурой ржавчине / С. Л. Тютерев, Н. А. Духарев, В. А. Крупнов // Доклады ВАСХНИЛ. – 1983. – № 7. – С. 18–20.

35.  Харченко О. В. Основы програмування врожаїв сільськогосподарських культур / Харченко О. В. – Суми: Університетська книга, 2003. – 295 с.

36.  Химия и биохимия бобовых растений / [пер. с англ. К. С. Спектрова]. – М.: Агропромиздат, 1986. – 336 с.

37.  Черемха Б. М. Использование принципа оптимального соотношения линейных размеров зерновки при сортировании семян / Б. М. Черемха // Селекция, семеноводство и сортовая агротехника зерновых и кормовых культур: сб. научн. тр. Мироновского НИИ селекции и семеноводства пшеницы им. В. Н. Ремесло, 1985. – С.29–33.

38.  Шабанова Е. М. Гетероспермия кукурузы и перспективы ее использования при отборе семян: дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.05 / Шабанова Евгения Михайловна. – Симферополь, 1992. – 133 с.

39.  Шатилов И. С. Принципы программирования урожайности / И. С. Шатилов – Вестник с.-х. науки, 1973. – № 3. – С. 6-11.

40.  Мельничук М. Д. Біотехнологія рослин / Мельничук М. Д., Новак Т. В., Кунах В. А. – К.: Поліграфконсалтинг, 2003. – 520 с.

Макрушин Н. М., Макрушина Е.М. Важнейшие принципы прогнозирования биологических свойств семян.

Освящается современное состояние обсуждаемой проблемы. Предлагается классификация принципов прогнозирования биологических свойств семян: 1) онтогенетический; 2) генетический; 3) морфо-анатомический; 4) физиолого-биохимический; 5) биотехнологический; 6) экологический, 7) антропологический.

Макрушин Н. М., Макрушина Є. М. Важливіші принципи прогнозування біологічних властивостей насіння.

Висвітлюється сучасний стан проблеми. Пропонується класифікація принципів прогнозування біологічних властивостей насіння: 1) онтогенетичний; 2) генетичний; 3) морфо-анатомічний; 4) фізіолого-біохімічний; 5) біотехнологічний, екологічний; 6) антропологічний.

 

Важнейшие принципы прогнозирования биологических свойств семян - 5.0 out of 5 based on 1 vote

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство