Введение к работе
Актуальность проблемы: Изучение агрономических основ устойчивости и производительности возделываемых сельскохозяйственных культур - одно из приоритетных направлений фундаментальных и прикладных программ сельскохозяйственной науки. Несомненно, особое значение оно приобретает для Республики Таджикистан, где устойчивое развитие отрасли сельского хозяйства зависит от использования в хозяйствах сортов с высокими показателями, как по урожайности, так и наиболее эффективных, приспособленных к различным условиям внешней среды растений, так называемые адаптированные сорта. Картофель входит в число пяти особенно потребляемых пищевых продуктов, в большинстве национальных культур в мире. Увеличение его производства совпадает с повышением продуктивности, которое в свою очередь связано с его способностью проявлять устойчивость к отрицательным воздействиям внешней среды, в том числе к засухе, засолению, повышенным температурам, болезням, вредителям и многим другим факторам.
Научные и прикладные работы, проведенные по проблеме устойчивости и
продуктивности картофеля, постепенно приобретают особый статус в Таджикистане.
Результатом исследований является то, что учеными республики Таджикистан, такими как К.
Алиев, А.Ф. Салимов, Х. Муминджанов и другими разработан системный подход к
оздоровлению картофеля от вирусов и патогенов. Также развивается комплексный взгляд,
направленный на реализацию данных вопросов, включающих агрономические,
физиологические и биотехнологические приемы и методы, ускоряющих получение адаптивных и продуктивных сортов картофеля, которые проявляют высокую степень невосприимчивости к различному роду природных стрессовых факторов. (Бобохонов и другие. 2009; 2010; 2011; Назарова и др. 2010. 2011; Алиев, 2012; Алиев и др., 2014).
Работа над данной проблемой, подталкивает ученых и практиков к усовершенствованию приемов возделывания картофеля, как в направлении семеноводства, так и товарного продукта. Здесь приоритетное место занимают научные работы по изучению агрономических основ продукционного процесса и научная обоснованность в создании системы по производству безвирусного картофеля в целом по республике, с признаками устойчивости к природным стрессовым факторам.
Для этого, прежде всего, необходима разработка систем, усиливающих адаптационные
возможности устойчивости картофеля к природным стрессовым факторам, что даст гарантию
высокой урожайности растений, независимых от климатических стрессов. В этом плане очень
мало сведений, особенно в системе семеноводства, где главной задачей является отбор, а затем
использование здорового материала картофеля и устойчивых генотипов к стрессовым факторам,
через использование методов новейшей биотехнологии. Поэтому, исследования
фундаментальных основ агрономической адаптации, с целью получения устойчивого высокого урожая картофеля представляют актуальность в Таджикистане.
Цель исследования: Цель работы заключалась в разработке новых подходов отбора растений, устойчивых к неблагоприятным природным факторам, и усиление их адаптивности, с использованием разных способов, регулирующих процессы роста, способствующих развитию картофеля в системе in vitro, в полевых условиях выращивания; а также достижение устойчивого развития картофелеводства, на основе использования достижений биотехнологий и агрономических научных методов в получении оздоровленного и высококачественного семенного материала, и их внедрение в производство.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. Дать оценку устойчивости растений и растений-регенератов, в отношении к засухе и температуре;
-
Изучение физиологической оценки продуктивности оздоровленных генотипов картофеля, в условиях поля, на примере фермента рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (РБФКО);
-
Изучение микроклубнеобразования генотипов картофеля в системе in vitro;
-
Оценка хозяйственной продуктивности, в связи с активацией антиоксидантных ферментов в условиях стресса;
-
Анализ вирусов с помощью иммуноферментного анализа;
-
Отобрать и оценить генотипы картофеля in vitro, характеризующихся как высокопродуктивные, так и устойчивые к стрессовым воздействиям;
-
Оценить генотипы растений картофеля различных по устойчивости к стрессорам, по адаптивности к разным климатическим условиям Таджикистана;
-
Провести исследования по физиолого-агрономическим параметрам, которые усиливают устойчивость к засухе, засолению и температуре, без снижения урожайности;
-
Оценка экономической эффективности.
Научная новизна: Впервые в многообразных погодных и почвенных условиях Таджикистана, выявлены перспективные генотипы, которые устойчивы к засушливым условиям, приспособлены к значительным повышениям температуры воздуха, без потери высокой урожайности:
Установлена взаимосвязь физиологических процессов и урожайности в условиях стрессорного воздействия на рост и продуктивность картофеля;
Выяснилось, что урожайность при пересчете на гектар была следующая: у гибрида № 1 - 40,0 т/га, у сорта Пикассо оздоровленный – 33,3 т/га и у сорта Пикассо Джиргатальской репродукции – 18,0 т/га. Прирост урожая составил: у гибрида № 1 - 22,0 т/га, у сорта Пикассо оздоровленный – 15,3 т/га, в процессе их сравнивания с сортом Пикассо Джиргатальской репродукции (неоздоровленный). Это показало, что оздоровленный сорт превысил урожайность, в среднем на 45 %, что считается главным показателем, для широкого пользования оздоровленным семенным материалом при выращивании культуры картофеля;
Показано, что паратипические признаки сортов раннего и среднего созревания, более выражены, реагируют на условия внешних факторов, чем позднеспелые. У позднеспелых сортов генотипические и паратипические признаки протекали координировано, в сравнении с ранними и среднеранними сортами, что является одним из критериев выбора сорта при выращивании картофеля, в соответствующих климатических условиях;
Полученные результаты обнаружили, что включение в культуральную среду выращивания картофеля в условиях in vitro, регулятора роста паклобутарозола, способствовало повысить солеустойчивость картофеля. Выдвигается идея о том, что один из принципов усилия устойчивости к стрессорам в условиях использования росторегулирующего препарата, связан с усилением и протекторной функции окислительной системы, усиливающую приспособленность растений к негативным воздействиям;
Обосновано, что высокая клубневая урожайность оздоровленных растений картофеля, в отличии от неоздоровленных, связана с величинами удельная поверхностная плотность листа (УППЛ), РБФКО, фотосинтетической активностью и листовой поверхностью целого растения, что следует обязательно принять во внимание, как важнейшие селекционные признаки;
Впервые выявлено влияние внешней среды на показатели урожайности растений генотипов картофеля при их выращивании в различных зонах, с разными климатическими стрессами, в Таджикистане.
Научно-практическое значение работы. Полученные результаты важны для понимания и изыскания новых путей повышения продуктивности растений с использованием
экзогенных факторов, усиливающих защитные реакции в растениях, в ответ на стрессорные воздействия. Знания количественных признаков, в ответ на действия экзогенных химических агентов на растение, могут быть использованы при выведении сортов с повышенной устойчивостью к абиотическому стрессу и, следовательно, увеличению урожайности. Основные выводы и результаты работы могут быть применены в учебном процессе в университетах аграрного профиля при чтении спецкурсов, в том числе включены в соответствующие курсы лекций по растениеводству и биотехнологии культурных растений.
Применение веществ регулирующих рост, метаболитов и фитогормонов в практической
работе способствуют усилению адаптивности растений к воздействию стрессовых факторов и
увеличивают продуктивность картофеля.
Высокий уровень адаптивности, совмещающий в себе хорошую урожайность и устойчивость к негативному влиянию извне, дает возможность для улучшения технологического процесса при выращивании культуры картофеля в Республике Таджикистан, и далее постепенного перехода на новый биотехнологический уровень.
Данные, полученные в ходе исследований, подтверждают перспективность использования физиологических признаков в повышении урожайности картофеля, при оздоровлении исходного посадочного материала. Полученные экспериментальные данные, несомненно, могут быть применены при отборе форм и линий картофеля высокоустойчивых к инфекционным болезням.
Итоги исследовательской работы могут быть использованы в образовательном
процессе в сельскохозяйственных Вузах, на лекционных занятиях в сфере растениеводства и
биотехнологии сельскохозяйственных культур.
Также аспиранты, магистры, студенты могут пользоваться методами и результатами
данной работы, при подготовке дипломных проектов.
Полученные результаты были внедрены в производство в различных картофелеводческих зонах Таджикистана, и переданы в Государственную Комиссию по испытанию новых сельскохозяйственных культур и защите новых сортов при Академии Наук-1 (АН-1) в 2014.
Положения, выносимые на защиту: Экспериментально-обоснована роль
физиологических, биотехнологических и агрономических факторов в повышении
адаптационных реакций растений картофеля под стрессорными воздействиями. Доказана эффективность и перспективность применения оздоровленного посадочного материала в семеноводческой программе, а также создании новых высокопродуктивных, устойчивых к стрессорным факторам сортов картофеля и их выращивание в разных по высотности картофелеводческих зонах Таджикистана.
Высокая клубневая урожайность оздоровленных растений картофеля, в отличие от неоздоровленных, связана с величинами УППЛ, РБФКО, фотосинтетической активностью и листовой поверхностью целого растения, что следует обязательно принимать во внимание, как важнейшие селекционные признаки, способствующие адекватной реакции на отрицательные факторы окружающей среды. Эти физиологические процессы играют важную роль в изменении паратипических признаков ранних и среднеранних сортов, более выражено реагируют на условия внешних факторов, чем позднеспелые. У позднеспелых сортов генотипические и паратипические признаки протекали координировано, в сравнении с ранними и среднеранними сортами, что является одним и критериев в подборе сортов, для разных экологических зон выращивания картофеля, с целью получения эффективного урожая в долинной зоне Таджикистана.
Апробация работы. Каждый год апробировались опыты, проводимые на полях
специальной комиссией, созданной на факультетах: Плодоовощеводство и
сельскохозяйственная биотехнология, Агробизнес ТАУ. Основные положения,
рассматриваемые в диссертационной работе, докладывались и обсуждались: на научной
теоретической конференции: «Научные основы прогрессивных технологий хранения и
переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания человека» (Россия-Углич,
1995); конференции профессорско-преподавательского состава факультета Плодоовощеводства,
виноградарства и биотехнологии ТАУ (Душанбе, 1998); республиканской конференции, в есть
50-летия Таджикского государственного национального университета: «Физиолого-
биохимические основы продуктивности растений» (Душанбе, 1998); республиканской научной производственной конференции, в честь 10-летия Независимости Таджикистана и 70-летия образования ТАУ: «Актуальные проблемы сельского хозяйства Республики Таджикистан» (Душанбе, 2001); республиканской конференции: «Природные ресурсы Таджикистана, рациональное использование и охрана окружающей среды» (Душанбе, ДПГУ. 2001); научной конференции, в честь памяти академика АН РТ Ю.С.Насырова (Душанбе, 2008); научно-практической конференции молоджи ТАУ (Душанбе, 2010); республиканской научной конференции, в честь академика АН РТ Ю. С. Насырова (Душанбе, 2010); республиканской научной конференции, в честь 60-летия образования АН РТ: «Физиология растений и проблемы развития растениеводства в Таджикистане» (Душанбе, 2011); международной научной практической конференции на тему: «Производственная безопасность: состояние и перспективы», в честь 20-летия Независимости Республики Таджикистана и 80-летия ТАУ им. Ш. Шотемур (Душанбе, 2011); научно-практической международной конференции по случаю 80-летия ТАУ им. Ш. Шотемур, (Душанбе, 2011); научной конференции молодых ученых (Душанбе, 2011); международной научной практической конференции на тему: «Эффективное использование биоклиматических факторов при выращивании с/х культур на пахотных землях», в честь 20-летия XVI сессии Шурои Олии Республики Таджикистан и 15-летия Национального примирения (Душанбе, 2012); ежегодных (1999-2011) конференциях профессорского преподавательского состава ТАУ, в том числе на расширенных заседаниях кафедрах факультетов: агробиснеса, плодоовощеводства и с/х биотехнологии и агрономического -Душанбе, Таджикский аграрный университет, 2014.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 51 печатных работ, из них 16 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, в сборниках и тезисах докладов.
Структура и объм диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 273 страницах, иллюстрирована 48 таблицами и 35 рисунками.