ИЗУЧЕНИЕ СОЛЕУСТОЙЧИВОСТИ РИСА В МИКРОЧЕКАХ

ИЗУЧЕНИЕ СОЛЕУСТОЙЧИВОСТИ РИСА В МИКРОЧЕКАХ

Научная статья

Костылев П.И.^1, *, Кудашкина Е.Б.², Костылева Л.М.³

¹ ORCID 0000-0002-4371-6848;

² ORCID 0000-0002-3392-4774,

^{1, 2} ФГБНУ «Аграрный научный центр «Донской», Зерноград, Россия;

³ ORCID 0000-0003-3078-2296,

³ АЧИИ ФГБОУ ВО «Донской ГАУ», Зерноград, Россия

* Корреспондирующий автор (p-kostylev[at]mail.ru)

Аннотация

Засоление почвы понижает урожайность зерна риса. Статья посвящена анализу солеустойчивости 25 образцов риса при выращивании их в микрочеках на 0,5% растворе поваренной соли. Средняя высота растений значительно снизилась под влиянием засоления с 66,4 до 43,6 см и составила 65,8% от контроля. Длина метелки варьировала в опыте от 9,2 до 13,0 см, на контроле – от 9,8 до 17,5 см. Средняя длина ее снизилась на засоленном фоне на 2 см с 13,3 до 11,4 см и составила 87,7% от контроля. Среднее количество зерен снизилось при засолении на 9 штук, с 19,3 до 10,4, т.е. почти в 2 раза. Соответственно увеличилась пустозерность, среднее количество пустых колосков в опыте 74,7, на контроле 58,8 шт. Фертильность колосков в среднем в опыте составила 7,3%, на контроле – 26,8%. Соотношение опыт/контроль колебалось от 0% у неустойчивых форм до 93,7% – у толерантных. При выращивании растений в 0,5% растворе поваренной соли выделено 2 сорта и 7 солеустойчивых образцов с суммарным индексом устойчивости более 50%.

Ключевые слова: рис, гибрид, образец, индекс, солеустойчивость. 

STUDY OF SALT TOLERANCE OF RICE IN MICRO-CORES

Research article

Kostylev P.I.^1, *, Kudashkina E.B.², Kostyleva L.M.³

¹ ORCID 0000-0002-4371-6848;

² ORCID 0000-0002-3392-4774,

^{1, 2} Federal State Institution “Agrarian Scientific Centre Donskoy,” Zernograd, Russia;

³ ORCID 0000-0003-3078-2296,

³ Azovo-Chernomorsky Engineering Institute of FSBEI HE “Donskoy SAU”, Zernograd, Russia

* Corresponding author (p-kostylev[at]mail.ru)

Abstract

Salinization of ground lowers the yield of rice grains. The article is devoted to the analysis of salt tolerance of 25 samples of rice when growing them in micro-cores on a 0.5% solution of sodium chloride. The average plant height decreased significantly under the influence of salinization from 66.4 to 43.6 cm and amounted to 65.8% of the control. The panicle length varied from 9.2 to 13.0 cm in the experiment, and from 9.8 to 17.5 cm in the control. Its average length decreased by 2 cm from 13.3 to 11.4 cm in saline ground and comprised 87.7% of the control. The average number of grains decreased due to salinity by 9 pieces, from 19.3 to 10.4, i.e. almost by 2 times. Accordingly, blind-seed disease increased, the average number of empty spikelets in the experiment was 74.7, and 58.8 of the controls. On average, fertility of the spikelets comprised 7.3% in the experiment, and 26.8% in the control group. The experiment/control ratio ranged from 0% in unstable forms to 93.7% in tolerant ones. 2 varieties and 7 salt-tolerant samples were isolated with a total resistance index of more than 50% when growing plants in a 0.5% solution of sodium chloride.

Keywords: rice, hybrid, sample, index, salt tolerance.

Одной из основных проблем, связанных с мировым сельским хозяйством, является производство большего количества продовольствия для решения проблемы продовольственной безопасности, с которой сталкивается современное население и дополнительно 2,3 миллиарда человек к 2050 году во всем мире [1]. Засоление (избыточное количество растворимых солей в почвенном растворе) является серьезным стрессом, ограничивающим производство продовольственных культур. Засоление вызывает дефицит воды даже в хорошо увлажненных почвах, уменьшая осмотический потенциал растворенных в почве веществ, что затрудняет извлечение воды корнями из окружающей среды [2, C.1037]. Влияние высокой солености на растение можно наблюдать на уровне растений с точки зрения снижения их продуктивности и гибели [3, C.531]. Глобальный прогноз показывает, что площадь засоленных почв увеличивается, особенно на орошаемых территориях. По сообщениям ряда авторов, в последние десятилетия площадь засоленных территорий увеличилась с 20% (45 млн. га) до 33% (74,25 млн. га) [4, C.1], [5, C.123]. Эти цифры свидетельствуют о том, что в глобальном масштабе каждый день на площади около 2000 га орошаемых пахотных земель влияют различные уровни засоленности [6, C.282]. Было подсчитано, что более 50% пахотных земель будут засолены к 2050 году [7, C.307].

В России рис выращивается на 200 тыс. га, а в Ростовской области – на 15 тыс. га. Часть этих земель содержит повышенную концентрацию солей [8, C.76], [9, C.165]. Поэтому создание устойчивых к засолению сортов риса является актуальным [10, C.145]. Цель исследования – оценка солеустойчивости образцов риса гибридного происхождения от всходов до созревания.

Материал и методика. Так как рис имеет различную устойчивость к засолению на разных фазах развития, мы провели анализ солеустойчивости 25 образцов риса от посева до созревания в условиях микрочеков. Исходным материалом послужили  солеустойчивые образцы F₄ из комбинаций от скрещивания IR 52713-2B-8-2B × Новатор, IR 74099-3R-3-3 × Новатор, NSIC Rc 106 × Новатор, а также сорта Новатор, Боярин, Южанин. Донорные образцы несли в 1-й хромосоме ген солеустойчивости Saltol.

Они были высеяны в почву микрочеков размером 300 х 100 см, изолированные от протекания полиэтиленовой пленкой. Схема опыта: контроль – вода без засоления, опыт – засоление 0,5% р-ром NaCl. Полив производили водопроводной водой до фиксированного уровня 10 см. Повторность 2-кратная, в каждом микрочеке разместили по 25 рядов с 50 семенами в каждом. Посев риса проведен 10 мая, уборка – 15 сентября 2016 г.

После созревания был проведен биометрический анализ растений по признакам: высота растения, масса снопа с делянки, кустистость, длина метелки, масса метелки, количество выполненных зерен, количество пустых колосков, общее число колосков, фертильность. В качестве критериев для оценки относительной солеустойчивости использовались соотношения опыт / контроль (О/К) по каждому признаку и средний индекс солеустойчивости. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью программы Excel и Statistica 6.

Результаты исследований. В результате исследований были установлены значительные различия образцов как по абсолютной величине признаков, так и по их соотношению О/К. Высота растений варьировала в опыте от 16,5 до 67 см, на контроле – от 50,3 до 77,6 см. Средняя высота снизилась под влиянием засоления значительно с 66,4 до 43,6 см и составила 65,8% от контроля (табл. 1). У одних образцов она снизилась значительно (23,6%), у других практически не изменилась.

 

Таблица 1 – Высота растений и длина метелок риса на опыте и контроле

Длина метелки варьировала в опыте от 9,2 до 13,0 см, на контроле – от 9,8 до 17,5 см. Средняя длина ее снизилась на засоленном фоне на 2 см с 13,3 до 11,4 см и составила 87,7% от контроля (табл. 1). Коэффициент вариации этого признака был небольшим, от 10,7 до 13,1%. При этом у пяти образцов метелка в опыте не сформировалась.

Количество колосков и зерен риса на опыте и контроле варьировало в значительно большей степени, чем предыдущие признаки. Коэффициент вариации колебался от 38,3 до 73,5% (табл. 2).

 

Таблица 2 – Количество колосков и зерен риса на опыте и контроле

Общее число колосков на метелке варьировало в опыте от 53,4 до 143,0 штук, на контроле – от 38,7 до 160,1. Количество выполненных зерен колебалось в опыте от 1,9 до 31,7 штук, на контроле – от 2,9 до 47,0. Среднее количество зерен снизилось при засолении на 9 штук, с 19,3 до 10,4, т.е. почти в 2 раза. Соответственно увеличилась пустозерность, среднее количество пустых колосков в опыте 74,7, на контроле 58,8 (табл. 2). При этом у 6 образцов все колоски были стерильными. В то же время имелись образцы №6 и №8 (IR 52713-2B-8-2B × Новатор) и др. с низкими значениями стерильности.

Фертильность колосков изменялась в опыте от 0 до 36% (в среднем 7,3%), на контроле – от 0 до 93,7% (в среднем 26,8%) (табл. 3). Помимо засоления большое влияние на фертильность оказали суховейные явления. Соотношение О/К колебалось от 0% у неустойчивых форм до 93,7% – у толерантных. Максимальная величина этого показателя была у образца №8 (IR 52713-2B-8-2B × Новатор). Коэффициент вариации был значительным.

 

Таблица 3 – Фертильность колосков, масса метелки риса на опыте и контроле и средний индекс устойчивости, %

 

По массе метелки коэффициент вариации составил 35,9-61,7%. Образцы незначительно различались между собой по этому признаку: 0,1-0,6 г в опыте и 0,3-2,0 г на контроле, средняя величина его снизилась на 0,3 г. Среднее соотношение О/К составило 61,3%. У образца №9 (IR 52713-2B-8-2B × Новатор) оно составляло более 99,5% – на уровне солеустойчивого сорта Южанин (97,2%).

Средний индекс устойчивости, определенный по восьми О/К, колебался от 5,2 до 73,7%, составив в среднем 42,5%.

На рисунке 1 представлено распределение образцов по среднему индексу устойчивости. Гистограмма распределения этого показателя показала преобладание неустойчивых форм. Величиной индекса от 51,8 до 73,7% обладали 9 (36%) образцов. Они представлены в таблице 4.

Рис. 1 – Распределение образцов риса по среднему индексу устойчивости

 

Таблица 4 – Выделившиеся по соотношению О/К (%) образцы риса

Примечание: IR 52 – IR 52713-2B-8-2B, IR 74 – IR 74099-3R-3-3, NSIC – NSIC Rc 106  

Следует отметить, что высокие значения суммарного индекса имел сорт Южанин, созданный на сильно засоленном фоне. Особенно выделились образцы из гибридной комбинации IR 52713-2B-8-2B × Новатор. Они отобраны в селекционный питомник в качестве кандидатов в будущие солеустойчивые сорта.

Выводы:

1. Средняя высота растений значительно снизилась под влиянием засоления с 66,4 до 43,6 см и составила 65,8% от контроля.
2. Длина метелки варьировала в опыте от 9,2 до 13,0 см, на контроле – от 9,8 до 17,5 см. Средняя длина ее снизилась на засоленном фоне на 2 см с 13,3 до 11,4 см и составила 87,7% от контроля.
3. Среднее количество зерен снизилось при засолении на 9 штук, с 19,3 до 10,4, т.е. почти в 2 раза. Соответственно увеличилась пустозерность, среднее количество пустых колосков в опыте 74,7, на контроле 58,8 шт.
4. Фертильность колосков в среднем в опыте составила 7,3%, на контроле – 26,8%. Соотношение О/К колебалось от 0% у неустойчивых форм до 93,7% – у толерантных.
5. При выращивании растений в 0,5% растворе поваренной соли выделено 2 сорта и 7 образцов с высоким суммарным индексом солеустойчивости более 50%. 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. State of the world‘s forests 2009. Rome, FAO, 2009. [http://www.fao.org/docrep/011/i0350e/i0350e00.htm] site visited on 12/01/2019
2. Sairam R.K. Differential response of wheat genotypes to long term salinity stress in relation to oxidative stress, antioxidant activity and osmolyte concentration / R.K. Sairam, K.V. Rao, G.C. Srivastava // Plant Sci. – 2002. – 163. – P. 1037-1046.
3. Parida A.K. Defense potentials to NaCl in a mangrove, Bruguiera parviflora: differential changes of isoforms of some antioxidative enzymes / A.K. Parida, A.B. Das, P. Mohanty // Journal of Plant Physiology. – 2004. – 161. – P. 531–542.
4. Metternicht G.I. Remote sensing of soil salinity: Potentials and constraints / G.I. Metternicht, J.A. Zinck // Remote Sensing of Environment. – 2003. – 85(1). – P. 1-20.
5. Kumar R. Soil salinity: A serious environmental issue and plant growth promoting bacteria as one of the tools for its alleviation / R. Kumar, P. Shrivastava // Saudi Journal of Biological Sciences. – 2015. – 22. – P. 123–131.
6. Qadir M. Economics of salt-induced land degradation and restoration / M. Qadir, E. Quillérou, V. Nangia, et al. // Natural Resources Forum. – 2014. – 38. – P. 282–295.
7. Flowers T.J. Improving crop salt tolerance / T.J. Flowers // Journal of Experimental Botany. – 2004. – 55. – P. 307–319.
8. Azarin K.V. Effects of salt stress on ion balance at vegetative stage in rice (Oryza sativa L.) / K.V. Azarin, A.V. Usatov, N.S. Kolokolova, O.A. Usatova, A.V. Alabushev, P.I. Kostylev // OnLine Journal of Biological Sciences. – 2016. – 16. – No.1. – P. 76-81.
9. Usatov A.V. Introgression the saltol QTL into the elite rice variety of Russia by marker-assisted selection / A.V. Usatov, A.V. Alabushev, P.I. Kostylev, K.V. Azarin, M.S. Makarenko, O.A. Usatova // American Journal of Agricultural and Biological Science. – 2015. – 10. – No.4. – P. 165-169.
10. Hurkman W.J. Effect of salt stress on plant gene expression: A review / W.J. Hurkman // Plant and Soil. – 1992. – 146. ­– P. 145-151.