Работа выполнена в Государственном научном учреждении Томская государственная сельскохозяйственная опытная станция СО РАСХН

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, с.н.с. А.П. Крепков

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор И.И. Гуреева, доктор биологических наук, профессор Н.А. Некратова

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт растениеводства им. Н.И. Вавилова (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится 7 апреля 2005 г. в 14.00 час. на заседании Диссертационного совета Д.212.267.09 в Томском государственном университете по адресу 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36, главный корпус

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим высылать в Диссертационный совет ТГУ ученому секретарю.

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор биологических наук С.П. Кулижский

Лён – древнейшее культурное растение, спутник человека с доисторических времён, принадлежит к семейству льновых и включает в себя более 200 видов от травянистых до кустарниковых жизненных форм. В культуре лен представлен одним видом льном посевным или обыкновенным Linum usitatissimum L ., который широко распространен на всех континентах (Сизов,1952 а). По мнению ведущих исследователей (Кутузова, 1998), дифференциация внутри вида культурного льна произошла под влиянием климатических условий, естественного и искусственного отбора. Все подвиды льна легко скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство (Синская, 1954; Сизов,1963 ). До выведения селекционных сортов посев производили местными льнами, так называемыми «кряжами» (Кондаков, 1955).

Существует два направления в хозяйственном использовании льна: получение волокна и семян. Д ля получения семян и масла высевают кудряши и крупносемянный лён, как прядильную культуру возделывают долгунцовый лен. Промежуточная группа – льны двустороннего использования: межеумок, полуозимый и полудолгунцовый лен – выращивают для получения семян и грубого волокна.

Мировая текстильная промышленность все шире использует котонизированное льняное волокно, в связи с этим большое значение приобретает возделывание масличного льна для двустороннего использования (Кутузова и др., 1999 б). Современные подходы в переработке льняного волокна вызвали необходимость продолжения работы по созданию нового сибирского генофонда льна с увеличением совмещенной продукции (Крепков, Клячина, 2003). Включение в селекцию внутривидового разнообразия льна целесообразно, перспективно и позволяет выводить сорта, сочетающие в себе повышенное содержание волокна с высокой семенной продуктивностью (Рысева, Никандрова, 1999, Брач и др., 2000) . В результате этого появляется возможность получать льнопродукцию во всех почвенно-климатических районах.ГНУ Томская государственная сельскохозяйственная опытная станция является единственным научным учреждением, ведущим селекцию и исследования по льну-долгунцу в условиях континентального климата. На станции выведены раннеспелые высокопродуктивные сорта с высоким качеством волокна, устойчивые к полеганию и болезням.

Исходный материал для селекции льна требует многолетних дополнительных научных проработок, расширяющих знания в области генетики, физиологии, цитологии. А.С. Образцов (1981) считает, что, прежде чем включить сортообразец в схемы скрещивания, требуется изучить исходный материал по морфологическим и физиологическим признакам, ритму развития и реакции на факторы внешней среды. Рекомендуется выявить признаки, лимитирующие продуктивность и устойчивость растений к неблагоприятным условиям, разработать методы ускоренной оценки и отбора форм на ранних этапах онтогенеза по легко определяемым показателям.

Сорта льна, созданные для условий Сибири, должны характеризоваться скороспелостью, адаптативностью и сочетаться с лементами высокой продуктивности. Работа по селекции высокопродуктивных, устойчивых сортов и гибридов льна требует знаний физиолого-генетических закономерностей продукционного процесса. Продуктивность растений во многом определяется эффективностью фотосинтеза и анатомо-морфологической структурой ассимиляционного аппарата и зависит от факторов внешней среды. В морфофизиологическом отношении лен слабо изученная культура. В основном исследования проводились в средней полосе России (Барцева, 1971, 1973; Молканова, Молканов, 1973; Тихомирова, 1973; Кошелева, 1980; Хотылева и др., 1994; Чиков и др.1997, 2000, 2003; Аврова, 2000; Лемеш и др., 2000 и др.). В условиях Западной Сибири такие работы проведены фрагментарно (Зотикова и др., 1997; Чудинова, 1997; Астафурова и др., 2000).

Цель исследования: изучить морфофизиологические закономерности роста, развития и формирования элементов продуктивности у подвидов льна обыкновенного для их дальнейшего использования в практической селекции в условиях Западной Сибири.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• установить ритм роста и развития подвидов Linum usitatissimum L . ;
• изучить динамику формирования ассимиляционного аппарата у подвидов льна обыкновенного;
• определить морфометрические показатели и установить корреляционные отношения с основными хозяйственно-ценными признаками элементов продуктивности;
• установить уровень адаптационной устойчивости подвидов льна по цитологическим показателям.

В программу исследований входило сравнительное изучение подвидов льна обыкновенного по:

• длине вегетационного периода;
• ростовым показателям и формированию ассимиляционной поверхности;
• анатомическому строению стеблей;
• чистой продуктивности фотосинтеза;
• накоплению основных фотосинтетических пигментов по фазам роста и их распределению по органам;
• накоплению биомассы и её распределению по органам;
• урожайности льносоломы и содержанию волокна;
• урожайности семян и содержанию в них жира;
• функциональной активности рибосомных локусов хромосом.

Научная новизна . Впервые в условиях континентального климата Западной Сибири проведены сравнительные морфофизиологические исследования подвидов льна обыкновенного. Выявлена специфика накопления фотосинтетических пигментов у подвидов льна обыкновенного по органам в онтогенезе. Определена адаптационная устойчивость масличных местных льнов и волокнистых сортов Томской селекции. Полученные результаты существенно дополняют имеющиеся сведения о биологических особенностях и их связи с продуктивностью подвидов льна обыкновенного. Впервые установлена возможность выявления различий между подвидами льна по морфометрическим показателям на основе дискриминантного анализа.

Практическая значимость. Оценка морфологических, физиологических, цитологических и хозяйственно-полезных признаков подвидов льна обыкновенного позволит проводить более целенаправленный подбор родительских форм для гибридизации и получения сортов двустороннего использования. Гибридный материал, полученный в результате эксперимента, включен в питомник отбора и представляет интерес для практической селекции.

Экспериментальная работа выполнена на ГНУ Томской государственной сельскохозяйственной опытной станции в рамках федеральной программы 03.01.01 за 1999–2001 гг. Исследования по теме поддержаны программой Центра научного поиска (2000–2003 гг.) среди научных учреждений СО Россельхозакадемии.

Апробация работы. Результаты исследований и материалы диссертационной работы были представлены на конференции молодых учёных СО РАСХН, Новосибирск, 2000; Всероссийском совещании «Реакция растений на глобальные и региональные изменения природной среды», Иркутск, 2000; международной научно-практической конференции, посвященной 70–летию ВНИИ льна, Торжок, 2000; международной конференции «Актуальные вопросы экологической физиологии растений в XXI веке», Сыктывкар, 2001; XI Делегатском съезде Русского ботанического общества, Новосибирск, 2003; V Съезде физиологов растений России, Пенза, 2003; на заседании Томского отделения Российского ботанического общества (2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано двенадцать научных работ.

Автор выражает благодарность научному руководителю д. с.-х. н. А.П. Крепкову. За помощь в проведении экспериментальных работ, предоставлении оборудования исоветы автор благодарит д.б. н., профессора Т.П. Астафурову, к.б.н. А.П. Зотикову, Н.А. Дуброву, всех сотрудников лаборатории льна ГНУ Томской ГСХОС, особенно Г.А. Мичкину, О.Х. Мухомодьярову.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 136 страницах, содержит 28 рисунков, 11 таблиц, состоит из введения, шести глав, включающих обзор литературы, описания объектов, методик исследования, результаты экспериментов их обсуждение, выводов, списка литературы (188 наименований, из них 9 на иностранных языках) и приложения.

Глава 1. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ LINUM USITATISSIMUM L . (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Рассматриваются и анализируются отечественные и зарубежные литературные данные о биологических характеристиках вида Linum usitatissimum L . Приводится систематика вида, степень изученности в различных аспектах. На основе литературных сведений об использовании анатомических, цитологических и физиологических характеристик льна обсуждается необходимость использования современных методов в селекционной работе. Уделяется внимание адаптационной оценке подвидов.

Глава 2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

В главе по литературным данным приводятся сведения о климате, рельефе, почвенном покрове района исследования (Славнина, 1949; Агроклиматический.., 1960; Мезенцев, 1961; Тюменцев, 1966; Агроклиматические .., 1975; Агрофизическая ..., 1976; Азьмука, Воронина, 1977; Генезис ..., 1980; Зональная система земледелия …,1989; Дюкарев, 1991; Евсеева, 2001).

Почва серая лесная среднеоподзоленная, среднемощная, среднесуглинистая.

Исходным материалом для изучения послужили 8 образцов 6 подвидов отдаленного эколого-географического происхождения из мировой коллекции ВИР и национальной коллекции русского льна ВНИИЛ и сорта, выведенные на Томской ГСХОС. По направлению возделывания масличная группа льнов включала подвиды льна приземистого (кудряша) и льна широколистного (крупносемянного), волокнистые или прядильные льны-долгунцы представлены сортами Томской селекции, направление льнов с двусторонним использованием – полуозимый, промежуточный (межеумок), полудолгунцовый лен. Характеристика исходного материала представлена в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика исходного материала

Примечание: *- номер по каталогу ВИР, **- номер по каталогу ВНИИЛ

Агротехника опыта соответствовала общепринятой. Посев проводили вручную на ярусах шириной 1 м, расположение делянок поперек яруса при ширине междурядий 20 см. Норма высева исчислялась из расчета 100 шт. выполненных семян на 1 погонный метр. Учет урожая проведен при наступлении физиологической зрелости семян (ранней желтой спелости) методом сплошной уборки, обмолот снопов – вручную с последующим взвешиванием семян и соломки.

Физико-химические анализы почвы проведены по общепринятым методикам (Качинский, 1958; Аринушкина, 1970).Наблюдение за ростом и развитием льна проведены согласно методическим рекомендациям ВНИИ льна и ВИР (Методические указания.., 1987; Изучение коллекции льна ( Linum usitatissimum L.),1988). Определение содержания волокна в стеблях проводили по методике технологической оценки с применением тепловой мочки при температуре воды 25–36 °С. Анатомическое исследование стебля льна проведено согласно методическим указаниям ВНИИ льна (1969) на растениях, выращенных в луночном посеве в 5-кратной повторности.

Физиологические методы исследования. Воздушно-сухую массу листьев, стеблей, коробочек определяли весовым методом (Бидл, 1989). Площадь листьев определяли по общепринятой методике весовым методом, расчет чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) по формуле «нетто-ассимиляции» (Гродзинский, Гродзинский, 1973).

Содержание пигментов в средней пробе растений льна (хлорофилл а и в, каротиноиды) определяли спектрофотометрическим методом (Шлык, 1971). Отбор образцов растений льна для определения ЧПФ и содержание пигментов проводили в утренние часы с 8 до 9. Определение проведено в 3-кратной биологической повторности.

Определение сырого жира в семенах проведено по методике С.В. Рушковского (Методы биохимического исследования растений, 1987) по массе обезжиренного остатка в 6-кратной повторности.

Цитогенетические методы. Функциональное состояние рибосомных локусов хромосом определяли по методике, предложенной Киип (Кеер, 1971). Активность рибосомных локусов хромосом проведено по морфометрическим параметрам ядрышка и ядра в клетке меристемы проростков семян путем измерения их проекции ядра и ядрышек, полученных с использованием рисовального аппарата РА-7 и микроскопа МБИ-3 при увеличении 90 ?10.

Математические методы обработки данных. Статистическая обработка экспериментальных данных проведена с использованием параметрических и непараметрических критериев, оценки дескриптивных статистик и проверки нормальности распределения. Для оценки связи между отдельными показателями проведен корреляционный и дискриминантный анализ (Доспехов, 1985; Леонов, 1990). Статистический анализ выполнен в Центре БИОСТАТИСТИКА (под руководством к.т.н. доцента Леонова В.П.). Матрица наблюдений составила 800 строк и 36 столбцов. Каждая строка относится к одному растению.

Средние значения показателей приводятся в виде М ±м, где М – среднее, м – ошибка среднего. Статистически значимыми приняты различия по величине уровня значимости Р, не превышающие 0,05.

Характеристика метеоусловий представлена по данным ближайшей метеостанции г. Томска. Период исследования охватывает годы с резко различающимися метеорологическими условиями: 1999 год – засушливый (ГТК – 0,69), 2000 год – умеренно теплый и увлажненный (ГТК – 1,38), 2001 год – теплый и переувлажненный (ГТК – 1,71). Погодные условия в период вегетации складывались по-разному, что отразилось на росте, развитии, формировании и работе фотосинтетического аппарата льна и, следовательно, на его продуктивности.

Глава 3. РИТМ РОСТА И МОРФОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗВИТИЯ ПОДВИДОВ ЛЬНА ОБЫКНОВЕННОГО В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Глава 4. ДИНАМИКА ФОРМИРОВАНИЯ АССИМИЛЯЦИОННОГО АППАРАТА У ПОДВИДОВ ЛЬНА ОБЫКНОВЕННОГО

Глава 5. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ ПРОДУКТИВНОСТИ У ПОДВИДОВ ЛЬНА ОБЫКНОВЕННОГО

Глава 6. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ РИБОСОМНЫХ ЛОКУСОВ ХРОМОСОМ В АДАПТАЦИИ ЛЬНА

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Возврат в КУНСТКАМЕРУ.