Kravtsova V.N., Bezruchenok N.N. Rastenievodstvo_EUMK

Растениеводство

ют овес (20 кг/га). Скашивают сераделлу не ниже 5 см от почвы. При низком срезе отава отрастает плохо.

Сушат сераделлу на сено в валках, чтобы уберечь листья от пересыхания.

В Беларуси районированы сорта сераделлы посевной Столбцовская мест-

ная и Скидельская местная.

4. Однолетние мятликовые травы

В группу однолетних мятликовых трав, возделываемых в Республике Бела-

русь, входят: суданская трава, могар, райграс.

ность. В ÏолесÃÓблаг приятных ус виях она дает даже 3-4 укоса в год. После укоса суданская трава быстро трастает и уже через 30-35 дней достигает высоты 60 см.

Суданская трава (Sorghum sudanense Stapf, Andropogon sudanensis Piper.,

Sorghum exigiram Roshev.) — однолетняя злаковая кормовая культура, охотно поедаемая сельскохозяйственными животными. Она может возделываться на сено и силос, на зеленый корм и выпас. Зеленая кормовая масса и сено суданской травы богаты питательными веществами и по кормовому достоинству стоят вы-

ше многих других злаковых трав.

Сено суданской травы содержит 12% белка, 2,5% жира, 45% безазотистых экстрактивных веществ, 10% зольных элементов. Сто килограммов зеленого корма дают 120 г переваримого б лка и 17 корм. ед., а отава еще больше — 230 г

белка и 22,3 корм. ед.

Урожай сена за два укоса составля т в ср днем 70-80 (иногда 100 и более) ц/га. Даже в очень засуш ивые годы урожаи суданской травы обычно не ниже 25-30 ц/га, превосходя все другие травы. Урожаи семян суданской травы состав-

ляют от 5 до 25 ц/га.

Ценная бенн сть суданской травы — высокая и устойчивая урожай-

Суданская трава в дик м состоянии произрастает в Судане (Северная Африка), откуда п лучила и св е название. В нашей стране введена в культуру в 20- е гг. XX в. Это теплолюбивое, засухоустойчивое, теневыносливое растение. Суданская трава лучше всего произрастает на плодородных почвах, на пойменных землях и осушенных торфяниках.

Суданская трава — однолетнее растение из рода сорго семейства Мятликовые (Роасеае). Имеет мочковатую, глубоко проникающую в почву (до 2,5 м) корневую систему. Мощно развитая корневая система обусловливает исключительную засухоустойчивость суданской травы. Узел кущения хорошо развит, располагается близко от поверхности почвы (0,8-1,2 см) и обладает огромной побегообразовательной способностью. Один куст может дать до 25 побегов. Стебли хорошо облиственные, способны давать из пазух листьев побеги, в высоту достигают 3 м. Листья линейные, длинные (до 70 см), составляют 35-55% всего урожая при укосе. Соцветие — метелка, колоски одноцветковые. Опыление

перекрестное ветром, реже самоопыление. Плод — зерновка.

Полесский государственный университет Страница 171

Растениеводство

Для травосеяния в Беларуси создан сорт Сочностебельная 18 (средняя урожайность сухого вещества — 156 ц/га и семян — 17,5 ц/га).

Могар (Setaria moharium Alef., Setaria italica Р. В. ssp. moсharium Alef., Setaria italica v. germanica Richfc., Setaria germanica Р. В., Setaria mocharica Meu. et. Ei.) — однолетнее мятликовое растение, близкое к чумизе (Setaria italica var. maxima Alef.) и пайзе (Echinochloa colone [L.] Link). Корневая система мочковатая, хорошо развитая, обладает способностью проникать на глубину 120-150 см. Для возделывания могара необходимы плодородные почвы. Могар — теплолюбивая, светолюбивая, засухоустойчивая культура.

Стебель прямой, в очертании округлый, опушенный, высотой 50-150 см, зеленый илиÏолесÃÓантоциановый. Стебель хорошо облиственный, со многими междоуз-

лиями. Кустистость — от двух до семи побегов. Листья длинные (30-60 см), шириной 2-4 см, зеленые или антоциановые. Соцветие — колосовидная метелка, цилиндрическая или веретеновидная, с короткими веточками. Длина соцветия 10-25 см, ширина — 1…4 см. Колоски одноцветковые. Плод — округлоэллиптическая, пленчатая зерновка. Окрашенная в различные цвета (от белого до черного с оттенками желтого и кра ного). Ма а 1000 емян в пленках — 2…3 г.

Райграс (плевел) однолетний (Lolium multiflorum Lam. var. Westerwoldicum [Nansholt. Wittmack.], или Lolium italicum v. westerwoldicum A. Br.) является раз-

новидностью многолетнего райгра а па тбищного. Стебли его тонкие, 60-90 см высотой. Листья линейные, с нижн й стороны блестящие, с верхней слегка шероховатые. Соцветие — рых ый ко ос. Плод — зерновка. Все колоски, кроме самого верхнего, с одной ко осковой ч шу й и повернуты к оси колоса узкой стороной. Колосковые и цветковые чешуи продолговато-ланцетные, кожистые;

цветковые чешуи ин гда с стью.

Райграс дн летний — свето юбивое растение, малотребовательное к теплу, холодост йк , х р шо тзывающееся на увлажнение. Растение длинного

дня. Отличается быстрым р ст м, большой кустистостью, хорошо отрастает по-

сле укосов. Райграс дн летний получил распространение (с 1928 г.) в Беларуси, Смоленской и ряде других областей нечерноземной полосы Российской Федерации, продвигаясь далеко на север (до Полярного круга).

Райграс однолетний произрастает на различных почвах, но максимальные урожаи формирует на глинистых и суглинистых. Предпосевная обработка почвы

заключается в тщательном выравнивании и прикатывании поля.

Райграс однолетний высевают в ранние сроки. Семена прорастают при температуре 3-4ºС, всходы переносят заморозки до -4...-5ºС. Посев осуществляют широкорядным или обычным рядовым способом. Норма высева семян — 10…12

млн всхожих семян на 1 га. Глубина посева — 1…3 см.

Райграс однолетний — рыхлокустовой, рано зацветающий, скороспелый злак, дающий большую кормовую массу. Урожаи сена достигают 45-60 ц/га, семян — 2…5 ц/га (до 10 ц). На севере Беларуси дает 1-2 укоса, на юге республики возможны три укоса. После укосов быстро отрастает. Во влажные годы возмож-

Полесский государственный университет Страница 172

Растениеводство

ны пожнивные посевы. К теплу неприхотлив. Уборку проводят прямым комбайнирование, а при неблагоприятных погодных условиях — раздельным способом.

В Беларуси районированы сорта райграса однолетнего — Изорский мест-

ный, Луч, Ивацевичский местный — и райграса пастбищного — Пашавы.

ÏолесÃÓ

Растениеводство

Тема 14

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОГО РАСТЕНИЕВОДСТВА

План лекции:

1. Получение растений-регенерантов в культуре in vitro и адаптация их к росту в почве

2. ПерспективыÏолесÃÓиспользования клеточных культур растений

3. Научные основы растениеводства и хозяйственной деятельности на землях, загрязненных радионуклидами ЧАЭС

4. Особенности земледелия на осушенных торфяно-болотистых почвах 5. Современные подходы к защите культур от сорняков, вредителей и

инфекционных болезней

1. Получение растений-р г н рантов в культуре in vitro и адаптация их к росту в почве

Клональное микроразмнож ние - получ ние in vitro, неполовым путем, генетически идентичных исходному экз мпляру растений. В основе метода лежит уникальная способность растите ьной клетки реализовывать присущую ей тотипотентность. Термин «к н» был пред ожен в 1903 году Уэбстером (от греческого klon - черен к и и п бег, пригодный для размножения растений). В соответствии научн й термин л гией клонирование подразумевает получение идентичных рганизм в из единичных клеток. Этот метод имеет ряд преимуществ перед существующими традиционными способами размножения:

- получение генетически однородного посадочного материала; - освобождение растений от вирусов за счет использования меристемной

культуры; - высокий коэффициент размножения (105…106 - для травянистых, цветоч-

ных растений, 104…105 - для кустарниковых древесных растений и 104 - для хвойных);

- сокращение продолжительности селекционного процесса; ускорение перехода растений от ювенильной к репродуктивной фазе разви-

тия;

-размножение растений, трудно размножаемых традиционными способами;

-возможность проведения работ в течение всего года;

-возможность автоматизации процесса выращивания.

Процесс клонального микроразмножения можно разделить на 4 этапа:

Растениеводство

1.Выбор растения-донора, изолирование эксплантов и получение хорошо растущей стерильной культуры.

2.Собственно микроразмножение, когда достигается получение максимального количества меристематических клонов.

3.Укоренение размноженных побегов с последующей адаптацией их к почвенным условиям, а при необходимости депонирование растений-регенерантов при пониженной температуре (+2ºС, +10ºС).

4.Выращивание растений в условиях теплицы и подготовка их к реализации или посадке в поле.

Для культивирования тканей на каждом из четырех этапов требуется применение ÏолесÃÓопределенного состава питательной среды.

На первом этапе необходимо добиться получения хорошо растущей стерильной культуры. В тех случаях, когда трудно получить исходную стерильную культуру экспланта, рекомендуется вводить в состав питательной среды антибиотики (тетрациклин, бензилпенициллин и др.) в концентрации 100-200 мг/л. Это в первую очередь относится к древесным растениям, у которых наблюдается тенденция к накоплению внутренней инфекции.

На первом этапе, как правило, и пользуют реду, одержащую минеральные соли по рецепту Мурасига и Скуга, а также различные биологически активные вещества и стимуляторы роста (аук ины, цитокинины) в различных сочетаниях в зависимости от объекта. В т х случаях, когда наблюдается ингибирование роста первичного экспланта, за сч т выд ния им в питательную среду токсичных веществ (фенолов, терпенов и других вторичных соединений), снять его можно, используя антиоксиданты. Это возможно двумя способами: либо омывкой экспланта слабым его раств р м в течение 4-24 ч, либо непосредственным добавлением в питательную среду. В качестве антиоксидантов используют: аскорбиновую кислоту (1 мг/ ), глютати н (4-5 мг/л), дитиотриэтол (1-3 мг/л), диэтилдитиокарбомат (2-5 мг/л), п ливинилпирролидон (5000-10000 мг/л). В некоторых случаях целес бразно д бавлять в питательную среду адсорбент - древесный активированный уголь в концентрации 0,5-1%. Продолжительность первого этапа может колебаться от 1 до 2 месяцев, в результате которого наблюдается рост меристематических тканей и формирование первичных побегов.

2этап — собственно микроразмножение. На этом этапе необходимо добиться получения максимального количества мериклонов, учитывая при этом, что с увеличением субкультивирований увеличивается число растенийрегенерантов с ненормальной морфологией и возможно наблюдать образование

растений-мутантов.

Как и на первом этапе, используют питательную среду по рецепту Мурасига и Скуга, содержащую различные биологически активные вещества, а также регуляторы роста. Основную роль при подборе оптимальных условий культивирования эксплантов играют соотношение и концентрация внесенных в питательную среду цитокининов и ауксинов. Из цитокининов наиболее часто используют

Растениеводство

БАП в концентрациях от 1 до 10 мг/л, а из ауксинов — ИУК и НУК в концентрациях до 0,5 мг/л.

При долгом культивировании растительных тканей на питательных средах с повышенным содержанием цитокининов (5-10 мг/л) происходит постепенное накопле-ние их в тканях выше необходимого физиологического уровня, что приводит к появлению токсического действия и формированию растений с измененной морфологией. Вместе с тем, возможно наблюдать такие нежелательные для клонального микроразмножения эффекты, как подавление пролиферации пазушных меристем, образование витрифицированных (оводненных) побегов и

уменьшение способности растений к укоренению. Отрицательное действие цитокининовÏолесÃÓвозможно преодолеть, по данным Н.В. Катаевой и Р.Г. Бутенко, пу-

тем использования питательных сред с минимальной концентрацией цитокининов, обеспечивающих стабильный коэффициент микроразмножения, или путем чередования циклов культивирования на средах с низким и высоким уровнем фитогормонов.

3 и 4 этапы — укоренение микропобегов, их последующая адаптация к почвенным условиям и высадка в поле являют я наиболее трудоемкими этапами, от которых зависит успех клонального микроразмножения. На третьем этапе, как

правило, меняют основной состав р ды: ум ньшают в два, а иногда и в четыре

раза концентрацию минеральных сол й по р ц пту Мурасига и Скуга или заменяют ее средой Уайта, уменьшают колич ство сахара до 0,5—1% и полностью исключают цитокинины, остав яя один лишь ауксин. В качестве стимулятора корнеобразования испо ьзуют β-индо ил-3-масляную кислоту (ИМК), ИУК или НУК.

Укоренение микр п бег в проводят двумя способами:

1) выдерживание микр п бегов в течение нескольких часов (2—24 ч) в сте-

рильном концентрир ванн м растворе ауксина (20—50 мг/ ) и последующее их культивирование на агариз ванной среде без гормонов или непосредственно в подходящем п чвенн м субстрате (импульсная обработка);

2) непосредственное культивирование микропобегов в течение 3—4 недель на питательной среде, содержащей ауксин в невысоких концентрациях (1—5 мг/л в зависимости от исследуемого объекта). В последнее время предложен метод укоренения пробирочных растений в условиях гидропоники. Этот метод позволяет значительно упростить этап укоренения и одновременно получать растения, адаптированные к естественным условиям. Для картофеля возможно использовать безсубстратную гидропонику для получения мини-клубней. Затенение нижней части культуральных сосудов плотной черной материей или добавление в питательную среду активированного угля способствует укоренению

микропобегов.

Пересадка растений-регенерантов в субстрат является ответственным этапом, завершающим процесс клонального микроразмножения. Наиболее благоприятное время для пересадки пробирочных растений — весна или начало лета.

Полесский государственный университет Страница 176

Растениеводство

Растения с двумя-тремя листьями и хорошо развитой корневой системой осторожно вынимают из колб или пробирок пинцетом с длинными концами или специальным крючком. Корни отмывают от остатков агара и высаживают в почвенный субстрат, предварительно простерилизованный при 85-90°С в течение 1- 2 ч. Для большинства растений в качестве субстратов используют торф, песок (3:1); торф, дерновую почву, перлит (1:1:1); торф, песок, перлит (1:1:1). Исключение составляют семейство орхидных, для которых готовят субстрат, состоящий из сфагнового мха, смеси торфа, листьев бука или дуба, сосновой коры

(1:1:1).

Приготовленным заранее почвенным субстратом заполняют пикировочные ящики илиÏолесÃÓторфяные горшочки, в которых выращивают растения-регенеранты.

Горшочки с растениями помещают в теплицы с регулируемым температурным режимом (20-22°С), освещенностью не более 5 тыс. лк и влажностью 65-90%. Для лучшего роста растений создают условия искусственного тумана. В тех случаях, когда нет возможности создать такие условия, горшочки с растениями накрывают стеклянными банками или полиэтиленовыми пакетами, которые постепенно открывают до полной адаптации ра тений.

Через 20-30 дней после посадки хорошо укоренившиеся растения подкармливают растворами минеральных сол й Кнуд она, Мурасига и Скуга, Чеснокова, Кнопа (в зависимости от вида раст ний) или комплексным минеральным удобрением. По мере роста раст ний их рассаживают в большие емкости со свежим субстратом. Дальнейшее выращивание акклиматизированных растений соответствует принятой агротехнике выращивания для каждого индивидуального вида

растений.

Процесс адаптации пр бир чных растений к почвенным условиям является наиболее дор г ст ящей и труд емкой операцией. Нередко после пересадки растений в почву наблюдается становка в росте, опадение листьев и гибель расте-

ний. Эти явления связаны, в первую очередь, тем, что у пробирочных растений

нарушена деятельн сть устьичн го аппарата, вследствие чего происходит потеря большого количества воды. Во-вторых, у некоторых растений в условиях in vitro не происходит образования корневых волосков, что приводит, в свою очередь, к нарушению поглощения воды и минеральных солей из почвы. Поэтому целесообразно на третьем или четвертом этапах клонального микроразмножения применять искусственную микоризацию растений (для микотрофных), учитывая их положительную роль в снабжении растений минеральными и органическими питательными веществами, водой, биологически активными веществами, а также в защите растений от патогенов.

Индийскими учеными предложен простой метод предотвращения быстрого обезвоживания листьев растений, выращенных in vitro, во время их пересадки в полевые условия. Метод заключается в том, что листья в течение всего акклиматизационного периода следует опрыскивать 50%-ным водным раствором глицерина или смесью парафина, или жира в диэтиловом эфире (1:1). Применение

Полесский государственный университет Страница 177

Растениеводство

этого метода помогает избежать длинных и затруднительных процессов закаливания пробирочных растений и обеспечивает 100%-ную их приживаемость.

2. Перспективы использования клеточных культур растений

Культуры клеток высших растений имеют две сферы применения: 1.Изучение биологии клетки, существующей вне организма, обуславливает

ведущую роль клеточных культур в фундаментальных исследованиях по генетике и физиологии, молекулярной биологии и цитологии растений. Популяциям

гические. При длительном культивировании гетерогенной по этим признакам популяции идет размножение клеток, фенотип и генотип которых соответствуют данным условиям выращивания, следовательно, популяция эволюционирует. Все это позволяет считать, что культуры клеток являются новой экспериментально созданной биологической системой, особенности которой пока мало изучены. Культуры клеток и тканей могут служить адекватной моделью при изучении метаболизма и его регуляции в клетках и тканях целого растения.

растительных клеток присущи специфические особенности: генетические, эпигенетическиеÏолесÃÓ(зависящие от дифференцированной активности генов) и физиоло-

2. Культивируемые кл тки вы ших ра т ний могут рассматриваться как типичные микрообъекты, достаточно про тые в культуре, что позволяет применять к ним не только аппаратуру и т хнологию, но и логику экспериментов, принятых в микробиологии. Вместе с т м, ку ьтивиру мые клетки способны перейти к программе развития, при которой из культивируемой соматической клетки воз-

никает целое растение, способное к росту и размножению.

Можно назвать неск ько направ ений создания новых технологий на ос-

нове культивируемых тканей и к еток растений:

1. Получение би л гически активных веществ растительного происхожде-

традици нных пр дукт в вторичного метаболизма (токсинов, гербицидов,

регуляторов роста, алкалоидов, стероидов, терпеноидов, имеющих медицинское применение);

синтез новых необычных соединений, чт возможно благодаря исходной

неоднородности клеточной популяции, генетической изменчивости культивируемых клеток и селективному отбору клеточных линий со стойкими модификациями, а в некоторых случаях и направленному мутагенезу;

культивируемые в суспензии клетки могут применятся как мультиферментные системы, способные к широкому спектру биотрансформаций химических веществ (реакции окисления, восстановления, гидроксилирования, метилирования, деметилирования, гликолизирования, изомеризации). В результате биотрансформации получают уникальные биологически активные продукты на основе синтетических соединений или веществ промежуточного обмена растений

других видов.

Полесский государственный университет Страница 178

Растениеводство

2. Ускоренное клональное микроразмножение растений, позволяющее из одного экпланта получать от 10000 до 1000000 растений в год, причем все они будут генетически идентичны.

3. Получение безвирусных растений.

4. Эмбриокультура и оплодотворение in vitro часто применяются для преодоления постгамной несовместимости или щуплости зародыша, для получения растений после отдаленной гибридизации. При этом оплодотворенная яйцеклетка вырезается из завязи с небольшой частью ткани перикарпа и помещается на питательную среду. В таких культурах можно также наблюдать стадии развития зародыша.

5. АнтерныеÏолесÃÓкультуры – культуры пыльников и пыльцы используются для получения гаплоидов и дигаплоидов.

6. Клеточный мутагенез и селекция. Тканевые культуры могут производить регенеранты, фенотипически и генотипически отличающиеся от исходного материала в результате сомаклонального варьирования. При этом в некоторых случаях можно обойтись без мутагенной обработки.

7. Криоконсервация и другие методы охранения генофонда.

8. Иммобилизация растительных клеток.

9. Соматическая гибридизация на о нове лияния растительных протопластов.

10.Конструирование кл ток пут м вв д ния различных клеточных органелл. 11.Генетическая трансформация на хромосомном и генном уровнях.

12. Изучение системы «хозяин – паразит» с использованием вирусов, бактерий, грибов и насекомых).

3. Научные сн вы растениеводства и хозяйственной деятельности на землях, загрязненных ради нуклидами ЧАЭС

Степень ради активн го загрязнения снижается по мере удаления от места аварии на Чернобыльской АЭС. Распределение радионуклидов по территории Республики Беларусь произошло из-за перемещения воздушных масс, несущих радиозагрязненную пыль, выпадающую осадками. В связи с этим количество радионуклидов, попавших на отдельные поля, даже в одном хозяйстве может различаться в десятки и сотни раз.

Основные массивы загрязненных пахотных земель и луговых угодий сосредоточены в Гомельской (57%) и Могилевской (27%) областях. Доля загрязненных земель в Брестской, Гродненской и Минской областях составляет соответственно 7, 4 и 5%.

Экспериментально установлено, что при загрязнении почвы до 5 Ки/км2 излучение не оказывает существенного отрицательного влияния на растения и животных и на таких почвах можно заниматься растениеводством и животноводством. Более сильное загрязнение почв радионуклидами требует дополнитель-

Полесский государственный университет Страница 179

Растениеводство

ных мероприятий, а при высоком загрязнении производство продуктов питания

икормов исключается.

ВРеспублике Беларусь сельскохозяйственное производство в той или иной степени ведется на 1,3 млн. га земель, загрязненных цезием-137, из них 0,46 млн. га одновременно загрязнены и стронцием. Радионуклиды стронция-90 считаются более опасными для клеток животных и растений, чем цезия, и временные допустимые уровни стронция, как правило, на порядок ниже, чем цезия.

Система ведения земледелия на загрязненных почвах должна включать те мероприятия, которые способствуют обеспечению производства сельскохозяй-

ственной продукции в пределах требований радиационной безопасности. Научными учреждениямиÏолесÃÓразработаны временные допустимые уровни накопления радионуклидов в растениях и продуктах животноводства, при которых они становятся невредными для человека и животных. Производство продукции расте-

ниеводства разрешено законодательством Республики Беларусь при уровне загрязнения почв цезием-137 не более 40 Ки/км2.

Взависимости от степени загрязнения почвы и воды радионуклиды поразному накапливаются в растениях.

Если животные (крупный рогатый кот), выращиваемые на мясо, содержались на кормах с повышенной радиационной загрязненностью (естественные луга и пастбища) и содержание радионуклидов в их мя е превышает допустимые нормы, то таким животным устанавливают п риод реабилитационного кормления. Можно использовать два организационных метода освобождения животных от радионуклидов.

При первом методе животных перевозят на чистые корма в районы, не загрязненные ради нуклидами. В течение 2-3 мес. кормления животные практически освобождаются т ради нук идов. Этот процесс можно ускорить, если при стронциевом загрязнении в рацион вводить корма повышенным содержанием кальция (люцерна, кальциевые премиксы).

Вобменных пр цессах рганизма Са2+ заменяет радионуклид Sr2+, который

выводится из организма. При цезиевом загрязнении в рационе животных должно быть повышенное содержание калия. В процессах физиологического обмена К+ замещает Cs+, и этот радионуклид выводится из организма.

Второй организационный метод — кормление животных привозными чистыми кормами. С навозом поступают так же, как и в первом случае (свозят в специальные хранилища). Недостаток метода — большие затраты на перевозку чистых кормов из других регионов.

Районы южной Беларуси благоприятны для периода реабилитационного кормления животных на загрязненной радионуклидами территории, так здесь преобладают почвы с нейтральной или щелочной реакцией и высоким содержанием калия и кальция.

В зоне кислых почв (рН 3,8-4,8), располагающихся на загрязненных территориях Беларуси севернее с содержанием радионуклидов 15-40 Ки/км2, снизить