Зернобобовые культуры, такие как фасоль, горох, нут и чечевица, играют ключевую роль в продовольственной программе многих стран. Высокое содержание белка, клетчатки, витаминов и аминокислот делает их ценными источниками питания. Они также важны в качестве корма для сельскохозяйственных животных [1].
Зернобобовые культуры имеют не только высокую пищевую ценность, но и значительное агротехническое значение. Они способствуют обогащению почвы азотом за счет бактерий – фиксаторов азота, что улучшает ее плодородие. Кроме того, зернобобовые выступают важными предшественниками для многих культур в системе севооборота, помогая улучшить структуру почвы, снизить расходы на удобрения и бороться с сорняками и болезнями [2, с. 98–102].
Таким образом, продвижение развития производства и использования зернобобовых культур оказывает существенное влияние на обеспечение продовольственной безопасности, поддержание устойчивости сельского хозяйства и охрану окружающей среды. В процессе своего развития растения активно взаимодействуют с разнообразными экологическими факторами, включая как неживую среду (абиотические), так и живую (биотические). Для адаптации к неблагоприятным условиям они осуществляют ряд приспособительных механизмов, повышающих их устойчивость и снижающих уровень повреждений. Этот процесс, известный как адаптация, осуществляется через активацию физиологических и биохимических механизмов (физиологическая адаптация). Ответ растения на воздействие внешних факторов определяется несколькими ключевыми аспектами: интенсивностью и длительностью воздействия, генетически обусловленной толерантностью и физиологическим состоянием растения. Экстремальные условия окружающей среды, такие как засуха, засоление, жара, холод и другие стрессовые факторы, оказывают негативное воздействие на растения.
Последствия засухи в основном проявляются через уменьшение доступности внутриклеточной свободной воды, что приводит к изменениям в гидратной оболочке цитоплазматических белков и нарушает функцию белков-ферментов. Длительное воздействие засушливого стресса снижает активность синтетических ферментов, стимулирует процессы гидролиза и увеличивает содержание низкомолекулярных белков в клетках.
В большинстве случаев недостаток воды снижает общий объем фотосинтеза, однако на начальных стадиях обезвоживания интенсивность фотосинтеза может немного увеличиваться.
У растений, не адаптированных к засухе, интенсивность дыхания при обезвоживании значительно возрастает (вероятно, из-за увеличенного содержания сахаров как дыхательного субстрата), а затем постепенно снижается. У растений, толерантных к этим условиям, существенных изменений или незначительного усиления дыхания не наблюдается.
Факторы, создающие неблагоприятные условия, важны в процессе адаптации растений, что в конечном счете способствует укреплению их устойчивости и уменьшению вреда [3, с. 26–27].
Для решения указанных задач необходимо применять методы и техники диагностики устойчивости к стрессу, а также оценки технических показателей здоровья растений и их устойчивости к грибковым или бактериальным заболеваниям.
Факторы окружающей среды, такие как засуха, загрязнение почвы, дефицит минеральных элементов питания, экстремальные температуры, ультрафиолетовое излучение, а также различные патогены, оказывают влияние на продуктивность сельскохозяйственных культур. В связи с этим изучение адаптационных возможностей и механизмов устойчивости растений к глобальным изменениям климата является очень актуальным [4]. Устойчивость растений к абиотическим стрессам определяется их способностью эффективно функционировать в неблагоприятных условиях окружающей среды, и уровень этой устойчивости (высокий или слабый) отражает количественный аспект этой способности. Генетически контролируемый уровень устойчивости к абиотическим стрессам у каждого сорта, вида или отдельного растения является наследуемым признаком, но этот признак скрыт в оптимальных условиях и проявляется лишь при экстремальных воздействиях. Поэтому одним из необходимых условий диагностики устойчивости является подвержение исследуемого растения определенным стрессовым факторам, чтобы определить его устойчивость к ним [2, с. 22]. Реакция растений на окружающую среду в значительной мере зависит от интенсивности воздействия (его силы и продолжительности), генетической устойчивости и физиологического состояния растения. Поэтому в настоящее время актуальной задачей является выявление устойчивых сортов и форм растений с высокими техническими характеристиками к негативным воздействиям окружающей среды, таким как грибковые, бактериальные и вирусные болезни.
В процессе адаптации и увеличения устойчивости к неблагоприятным условиям окружающей среды структурные элементы пластидного аппарата играют важную роль, обеспечивая его функциональную активность в переменных условиях окружающей среды. Увеличение содержания хлорофилла в тканях листа при экстремальных условиях можно рассматривать как «защитную фазу торможения», в ходе которой происходит интенсивное обновление клеточных структур, в том числе и хлорофилла [3, c. 34–40; 5]. Важными являются диагностические исследования, направленные на выявление сортов с высоким уровнем генетической устойчивости к экологическим стрессам и к грибковым, бактериальным и вирусным заболеваниям, а также с высокими технологическими показателями в неблагоприятных погодно-климатических условиях.
Цель исследования – оценка устойчивости к засухе, ряда технических характеристик (таких как содержание белка, лизина, влаги, вес 100 зерен, время приготовления, водопоглощение местных и трансгенных семян нута) и физиологической устойчивости к грибковым, бактериальным и вирусным заболеваниям гороха и фасоли.
Мaтеpиaлы и метoды иccледoвaния
Для выбора устойчивых сортов и оценки эффективности методов защиты растений от болезней необходимо проведение диагностических исследований устойчивости растений к засухе. Методы диагностики подразделяются на полевые и лабораторные. Полевые методы считаются более объективными, однако они требуют большого времени, а результаты сильно зависят от погодных условий. Для ускорения прогресса исследований были разработаны экспериментальные методы.
В качестве объектов исследования были выбраны образцы гороха (Cicer arietinum L.) и образцы фасоли (Phaseolus vulgaris L.) из коллекции генетического банка Института генетических ресурсов Министерства науки и образования Азербайджана. Один из диагностических методов устойчивости растений к засухе включает определение изменений содержания хлорофилла (а + b) в листьях растений в результате проведения физиологического стресса. Исследования устойчивости проводились путем изучения степени стресс-депрессии фотосинтетического пигментного комплекса (содержание общей суммы хлорофилла) в растениях под воздействием осмотического стресса (раствор сахарозы 20 атм). Оценку устойчивости проводили на основе изменения концентрации пигментов, используя выжимки листьев, помещенные в пробирки с раствором сахарозы (осмотический стресс) и водой (контроль), после чего для экстракции пигментов материал помещали в пробирки с 10 мл 96 %-ного этанола. С помощью современного спектрофотометра (UV – 3100PC, Япония) определялась величина оптической плотности (D) хлорофилла а и b в общей смеси пигментов при двух длинах волны (D 665,649), соответствующих максимумам поглощения пигментов в данном растворе. По полученным данным рассчитывалось отношение (в процентах) концентрации пигментов в выжимках листьев к их концентрации в растворе сахарозы (опыт) и воде (контроль). Это отношение является мерой относительной устойчивости сравниваемых объектов – чем выше, тем больше устойчивость растений [5].
Содержание протеина, лизина, влажности, массы 100 зерен, время варки и водопоглощения в семенах как местных, так и интродуцированных образцов было исследовано с использованием метода, предложенного Т.А. Беловой и А.С. Кравченко [6].
Pезyльтaты исследования и иx oбcyждение
Известно, что структурным элементам пластидного аппарата, в частности хлорофиллу, придается значительное значение в адаптации и устойчивости растений к неблагоприятным факторам. Результаты исследований показали, что в зависимости от образцов одного и того же вида значительно различались амплитудой физиологического параметра при адаптивных процессах. Одно и то же напряжение стресса значительно изменяло физиологические показатели у одних сортов образцов, но слабо влияло на другие. Динамика изменений в количестве хлорофилла в условиях стресса засухи у сортов гороха (Cicer arietinum L.) представлена на рис. 1.
Рис. 1. Изменение coдеpжaния xлopoфиллa пoд вoздейcтвием cтpеcca зacyxи oбpaзцoв гopoxa (Cicеr ariеtinum L.), %
Pиc. 2. Изменение coдеpжaния xлopoфиллa пoд вoздейcтвием cтpеcca зacyxи oбpaзцoв фacoли (Phasololus vulgaris L.), %
Образцы F.13-227 C, F.13-364 C, F.13-234 C, Джамиля St.2, St.1. Нармин, F.13-53, F11-138C, ShКB 1-161, F.88-85 C, F.10-332 C были выделены как высокоустойчивые к стрессовому воздействию. В этих образцах степень стресс-депрессии хлорофилла полностью отсутствовала.
В последующей серии исследований было проанализировано содержание нескольких технических показателей, включая содержание белка, лизина, влаги, массу 100 зерен, время варки и водопоглощение изучаемых образцов. Результаты показали, что среди изученных образцов гороха были выделены четыре образца с более высокими технико-биохимическими показателями. По техническим характеристикам эти образцы гороха могут быть использованы для селекции качества зерна.
Также была проведена оценка устойчивости к засухе другого важного бобового растения – фасоли (Phasololus vulgaris L.). Образцы гибридных бобов: Гибрид-6, Акин-4, Гибрид-7, Гибрид-2, Акин-2, Гибрид-14, Гибрид-3, Гибрид-18, Гибрид-8, Гибрид-15, Гибрид-4, Гибрид-1, Гибрид-13 – показали высокое содержание хлорофилла (103–162 %) в условиях стресса. Эти образцы обладают высокой устойчивостью (рис. 2).
Было интересно исследовать взаимосвязь между устойчивостью к грибковым, бактериальным и вирусным заболеваниям и уровнем хлорофилла в условиях стресса засухи у рассмотренных образцов гороха и фасоли. Образцы гороха Flip-13-320c, Flip-13-358c, Flip-13-364c, Flip-93-93c, Flip-13-53, Flip-88-85c, Flip-11 проявили себя как устойчивые к указанным заболеваниям. Они также показали устойчивость к стрессовому воздействию, что отразилось в изменении уровня хлорофилла. Увеличение содержания фотосинтетических пигментов, включая хлорофилл, в листьях способствует адаптации растений к неблагоприятным условиям окружающей среды. Устойчивость растений к засухе связана с состоянием хлорофилл-белкового комплекса пластид и количеством пигментов. Уровень хлорофилла в листьях указывает на степень адаптации растений к неблагоприятным стрессовым факторам; чем выше его содержание, тем меньше воздействие стрессов, способствующих началу фотосинтеза.
Зaключение
Поэтому в условиях непрерывного неблагоприятного изменения климата в основном внимание уделено увеличению адаптивности образцов гороха и бобовых культур путем формирования комплексных систем, устойчивых к стрессам. Одним из первых изменений, которые происходят у растений при стрессе засухи, является уменьшение содержания хлорофилла, что связано преимущественно с нарушением пигментной системы, влияющей на фотосинтез. На основе полученных данных образцы гороха и фасоли охарактеризованы как устойчивые к засухе и могут быть рекомендованы для различных селекционных программ, направленных на улучшение содержания хлорофилла, определенных технических параметров и фитопатологической оценки.
Библиографическая ссылка
Гycейнoвa Т.Н., Микaилoвa P.Т., Кяльбиевa Е.Э., Мaмедoвa A.Д., Кеpимoвa Ф.А. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ НЕКОТОРЫХ ОБРАЗЦОВ CICER ARIETINUM L. И PHASEOLUS VULGARİS L. К ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ФAКТOPAМ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2024. – № 5. – С. 19-23;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13628 (дата обращения: 17.07.2024).