Экспресс-метод оценки засоленности мелиорированных орошаемых почв

УДК 528.71:631.587

Экспресс-метод оценки засоленности мелиорированных орошаемых почв

Шерматов Ермат-кандидат технических наук, Научно-исследовательский институт ирригации и водых проблем Узбекистан, 100000, город Ташкент, М.Улугбекский район, улица К.Ниязий 39. Е-mail: ismiti@agro.uz

Исаев Сабиржан Хусанбаевич-доктор сельскохозяйтсвенных наук, Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства, Узбекистан, 100000, город Ташкент, М.Улугбекский район, улица К.Ниязий 39. Е-mail: sabirjan.isaev@mail.ru.

Ишчанов Жавлонбек Курбанбаевич-ассистент, Ташкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйства, Узбекистан, 100000, город Ташкент, М.Улугбекский район, улица К.Ниязий 39. Е-mail: javlon@email.com

Исаев Гафуржан Хусанбаевич-учитель биологии имени Ю.А.Гагарина Республики Казахистана. Е-mail: gafyrjon_007@mail.ru.

Аннотация: Традиционные методы оценки мелиоративного состояния земель базируется на получении информации по результатам солевой съемки, единовременных замеров уровня грунтовых вод, химического опробования по скважинам и режимных наблюдений по опорной сети гидрогеологических скважин и гидрохимических кустов и ведомственной сети наблюдательных скважин (Министерство водного хозяйства РУз.).

Значительным недостатком этих методов являются их трудоемкость, а для регионов их «растянутость» временного интервала получения информации.

Нами предлагается экспресс-метод оценки засоленности почвы, на основе измерения толщины листа хлопчатника.

Ключовые слова: уровень грунтовых вод, засоленности почвы, степень засоление, коллектор-дренаж, изменение анатомического строения листа хлопчатника.

Введение: В мировом сельском хозяйстве в условиях дефицита пресной воды применение научно-обоснованных методов и режима орошения, а также использование коллекторно-дренажных и сбросных вод в качестве дополнительных источников создает возможность экономии речных вод. Нехватка водных ресурсов оказывает значительное влияние на урожай и качество сельскохозяйственных культур. В связи с этим, актуальным является проведение исследований по улучшению мелиоративного состояния орошаемых земель за счет дальнейшего усовершенствования интенсивных методов в области сельскохозяйственного производства, прежде всего применения водосберегающих технологий при выращивании хлопчатника в условиях дефицита воды.

В настоящее время в Узбекистане широко применяются технологии капельного орошения, укладка плёнки в борозду и использования переносных гибких труб вместо нарезки временных оросителей. Это приводит к повышению экономии поливной воды, улучшению мелиоративного состояния земель, сокращению площадей с близким уровнем грунтовых вод и повышению урожайности культур.

Исследованиями ряда авторов доказано, что непосредственное действие солей на растение, на ростовые процессы хлопчатника проявляется в большей степени в торможении и растяжении клеток, чем их делении, что и обуславливает небольшие размеры органов и самого растения.

Так в условиях засоления резко уменьшаются размеры листьев, число и размеры их лопастей заметно увеличивается толщина листовой пластинки. Утолщение листовой пластинки рассматривается многими авторами, как явно выраженный признак суккулентности, возникающей у хлопчатника под влиянием засоленности почвы. В таблицах 1, 2 показано, изменение анатомического строения листа хлопчатника при различных типах засоления, таблица 3. Основные результаты полевых исследований в новой зоне орошения Голодной степи.

Цель исследований: Разработать экспресс метод оценки засоленности почв, на основе измерения толщины листа хлопчатника с микронметром.

Хлопчатник на засоленных землях: Работ посвященных листовой поверхности в условиях различной степени заселенности почв и ряда других факторов, очень мало.

Влияние засоленности на листовую поверхность изучено в сороковых годах в работе Туевой О.Ф. и Марсаковой П.Г. результаты исследования этих авторов приведены в таблице 1.

Таблица-1. Рост и развитие хлопчатника на участках с разным засолением почв (по О.Ф.Туевой и П.Г.Марсаковой, 1941)

Степень засоления Число растений на га Высота растений, см Число узлов Листовая поверхность, см2
Слабая 77000 65,6 20,0 1957
Средняя 66800 38,6 17,0 919
Сильная 29400 22,1 13,9 292

Влияние различных типов засоления на листовую поверхность хлопчатника исследовано в пятидесятых годах Б.П.Строгановым, Е.Ф.Иваницкой и И.К. Керефовой, таблица 2.

Таблица-2. Изменение анатомического строения листа хлопчатника при различных типах засоления (по Б.П.Строганову, Е.Ф.Иваницкой и М.К. Керефоновой, 1954).

Содержание солей в почве, % Площадь листа, см2 Площадь первой клетки, μ2 Число клет. на всей площади листа, тыс Число устьиц в полезрения микроскопа Размеры замыкающих клеток устьиц, μ Толщина листа, μ Высота паренхимы, μ
продольный попе-речный столб-чатый губ-чатый
Конт-роль (без засоле-ния) 50,2 1812 27704 13,5 28,7 20,9 210,6 90,0 90,8
Суль-фатный 0,8 25,1 849 27208 25,0 25,4 20,5 280,8 136 137,6
Хлорид-ный 0,8 20,5 2728 7505 7,4 28,2 208 315,8 138,4 149,4

Исследованиями ряда авторов показано, что непосредственное действие солей на само растение и на ростовые процессы хлопчатника проявляется в большей степени в торможении и растяжении клеток, чем их делении, чем обуславливает небольшие размеры самого растения.

С торможением ростовых процессов в условиях засоления в значительной мере изменяется и развитие хлопчатника. Таким образом, высокая концентрация солей в почве приводит не только к угнетению роста хлопчатника, но и оказывает действие на темпы его развития. Задержка ростовых процессов хлопчатника значительно влияет и на прирост листовой поверхности, который под действием солей резко сокращается.Имеются данные, свидетельствующие о явно выраженных анатомо-морфологических изменениях листьев хлопчатника при засолении.

Так в условиях засоления резко уменьшаются размеры листьев, число и размеры их лопастей и заметно увеличивается толщина листовой пластинки. Утолщение листовой пластинки рассматривается многими авторами, как явно выраженный признак суккулентности, возникающей у хлопчатника под влиянием засоленности почвы.

Таблица-3. Основные результаты полевых исследований (ф/х 1а)

№ п/п образцов

почвы

Сумма токсичных молей на 100 грамм почвы, % Поверхностная

плотность

см2 Содержание сухого вещества в листе, (%)
039 0,241 0,0257 2155 0,307
041 0,241 0,0314 1582 0,228
054 0,201 0,0262 2054 0,261
0,56 0,252 0,0251 1576 0,258
072 0,396 0,0372 3598 0,215
078 0,396 0,0365 2662 0,202
083 0,323 0,0279 2019 0,204
085 0,382 0,0322 2249 0,210
087 0,485 0,0326 2767 0,202
089 0,287 0,0290 3011 0,195
103 0,434 0,0414 1989 0,210
107 0,575 0,0365 1238 0,218
111 0,520 0,0392 1099 0,203
113 0,371 0,0275 3915 0,154
115 0,371 0,0322 2492 0,206
117 0,301 0,0326 1507 0,161
119 0,223 0,0290 2093 0,196
123 0,822 0,0506 1144 0,243
126 0,450 0,0345 1430 0,244
128 0,412 0,0401 1545 0,237
161 0,567 0,0433 1664 0,242
162 0,686 0,0456 1374 0,225
164 0,667 0,0452 1315 0,242
174 0,708 0,0418 1507
175 0,466 0,0362 673
187 0,571 0,0361 2245

Результаты исследования – Найдена зависимость суммы токсичных солей в почве от поверхности плотности листа хлопчатника.

Коэффициент тесноты взаимосвязи R = 0,8887. Σт.с.почвы = 21,4745 — 0,3192 ± 0,164 %.

Универсальные характеристики для фитометрического описания листа, прежде всего, входят: h1l – длина листа в дециметрах h2l – ширина листа в дециметрах в самом широком листе его, толщина листа h3l – в качестве биометрической характеристики применяется редко, ток же как и объем листа Vl = h3l Sl. Вместо этого используется поверхностная плотность фитомассы листа , в случае фитомассы , размеренность , σL — г/дм2

Заключение: Необходимо отметить, что современные требования интенсификации в сельскохозяйственном производстве к содержанию информационной нагрузки и время обновления этой информации не отвечают требованиям времени при распределении водных ресурсов Центральной Азии. Требование времени по содержанию информационной нагрузки, а также время получения, обновления сведений о засоленности почв в фермерских хозяйствах может быть удовлетворительно при помощи дистанционного метода с наземным обоснованием экспресс метода оценки засоленности почвы в масштабе М1:2000.

Литература: 1. Контроль и прогнозирование плодородия мелиоративных почв, Санду Г., Блэнару В., Дрэча М., Рэуцэ К. под редакцией д.с/х.н. В.К.Штефана М. «Колос» 1984, с. 149.

2. Лархер В.-Экология растения из-во «Мир» М., 1978., с. 137.

3. Шерматов Е.-Использование дистанционной информации для оперативного контроля засоленности орошаемых земель и прогноза урожайности хлопчатника. Диссертация на соискание ученной степени кандидата технических наук, Ташкент, 1991 г.

4. Пулатов Н.-Особенности возделывания хлопчатника на засоленных почвах. Из-во «Фан» Узбекская ССР, 1981, с. 157.

5. Туева О.Ф. Марсакова П.Г.-Темпы развития и структура урожая хлопчатника при различном засоление почв. Проблема советского почвоведения. Сб. №13, 1941, с.115-125.

6. Sommer R, Glazirina M., Yuldashev T., Otarov A., Ibraeva M., Martynova L., Bekenov M., Kholov B., Ibragimov N., Kobilov R., Karaev S., Sultonov M., Khasanova F., Esanbekov M., Mavlyanov D., Isaev S., Abdurahimov S., Ikramov R., Shezdyukova L., Pauw de E.-Impact of climate change on wheat productivity in Central Asia]. Agronomy Jornal. The USA American Society of Agronomy. America 2013-year. pp 78-99.

7. Isaev.S.Kh, Khaydarov.B.A. Ekonomic efficacy of irrigation technology for cultivation of cotton-planet varieties with mineralized water in condition of water deficiency // International journal of science and research (IJSR), India. 2018, -Vol. 7, Issue 11, Novomber. -P 1870-1871. (№23, SJIF, IF=7,296).

 

РОЛЬ СИНТЕТИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ ФИТОГОРМОНОВ В ФОРМИРОВАНИИ УРОЖАЯ ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР

Сельскохозяйственные науки

Leonid Iosifovich Boitsenyuk

Doctor of Agricultural Sciences, professor, Head of the Department for Soil Management and Crop Growing

of the State University of Land Use Planning, Moscow

Elena Eduardovna Zhelonkina

Candidate of geographical sciences, associate professor of the Department

for Soil Management and Crop Growing

of the State University of Land Use Planning, Moscow

Elena Gennadyevna Pafnutova

Research assistant of the Center for Strategic Development of the agricultural education of the State University of Land Use Planning, Moscow

Бойценюк Леонид Иосифович

доктор с.х. наук, профессор,

заведующий кафедрой земледелия и растениеводства,

Государственного университета по землеустройству, г. Москва

Желонкина Елена Эдуардовна

канд. географ. наук, доцент кафедры земледелия и растениеводства,

Государственного университета по землеустройству, г. Москва

Пафнутова Елена Геннадьевна

научный сотрудник Центра стратегического развития аграрного образования, Государственного университета

по землеустройству, г. Москва

РОЛЬ СИНТЕТИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ ФИТОГОРМОНОВ В ФОРМИРОВАНИИ УРОЖАЯ ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР

THE ROLE OF PHYTOHORMONES’ SYNTHETIC ALTERNATIVES

IN YIELD FORMATION OF FRUIT CROPS

Summary: Environmental contamination leads to death of pollinating insects and honey bees. In connection therewith the yield losses become quite significant in all countries. Exogeneous completion of phytohormones in different variants with insufficient pollination has improved the quality and quantity of the yield. Coverage with gibberellins has speeded up the appearance of pollen and the growth of the tubes’ length. Auxines increase greatly the attractive properties of the seed-bud that contributes to formation of average weight fruits.

Key words: pollinating insects, honey bees, phytohormones, gibberellin, auxine, pollen tubes, seed-bud formation, nectar.

Аннотация: Загрязнение окружающей среды приводит к гибели насекомых-опылителей и медоносных пчел. В связи с этим потери урожая становятся весьма значительными на территории всех стран. Экзогенное восполнение фитогормонов в разных вариантах с недостаточным опылением увеличило качество и количество урожая. Обработка гиббереллинами увеличила скорость роста пыльцы и длину трубок. Ауксины в большей степени увеличивают аттрагирующие свойства семяпочки, что способствует возрастанию средней массы плода.

Ключевые слова: насекомые-опылители, медоносные пчелы, фитогормоны, гиббереллин, ауксин, пыльцевые трубки, формирование семяпочки, нектар.

В последние годы влияние антропогенной нагрузки серьезно увеличилось, что не могло благоприятно повлиять на экологическую обстановку [6]. В последние десятилетия на первое место выходит проблема гибели насекомых опылителей и медоносных пчел, в частности. Соответственно, потери урожая от недостаточного опыления, становятся весьма значительными.

Не важно, когда завязь у энтомофильных растений прекращает рост, до фазы бутонизации или после начала цветения, ее дальнейшее развитие происходит при опылении. Если оплодотворение завязи не произойдет, то развитие семяпочки прекращается, и в результате у растения происходит сбрасывание неудачно опыленных цветков. В ином случае завязь начинает быстро расти и развиваться [9].

И наоборот, при достаточном опылении энтомофильными насекомыми цветков растений прибавка урожая томатов в закрытом грунте составляла 28-45%. При своевременном разворачивании пасек на полях красного клевера прибавка урожая составляла 50-80%, на подсолнечнике 20-40%, на косточковых до 80%. Потери урожайности на такую же величину отмечались в годы с неблагоприятными условиями для лета пчел [5].

Е.А. Бритиков с сотрудниками предположили, что это пыльца содержит некий ментор, отвечающий за развитие завязи, которыми предположительно могут выступать пролин, витамины или ферменты, содержащиеся в составе пыльцы [3].

В своей работе мы предположили, что за ход формирования плода отвечают фитогормоны, содержащиеся в составе пыльцы.

Общеизвестно, что для формирования полноценных плодов и семян недостаточно однократного посещения цветка пчелами. Минимальное количество посещений цветка, при котором завязываются семена гречихи, двукратное, причем с увеличением количества посещений растет — масса, выровненность семени, энергия прорастания и всхожесть семян [8].

Так для формирования урожая семян подсолнечника требуется не менее 6 посещений цветка, арбуза — 18, вишни — 20, дыни — 24. С дальнейшим ростом кратности посещений цветков энтомофильными насекомыми у этих растений, как и в выше описанных случаях, не увеличивался процент завязывания, но шёл достоверный рост массы, и улучшалась всхожесть семян [7].

Для объяснения этих фактов, в модельных опытах проводились искусственное нанесение пыльцевых зерен на папиллы пестика. Результаты опытов подтвердили вышеописанные факты и продемонстрировали, что цветы арбуза, получившие менее 25 пыльцевых зерен, не сформировали ни одного плода, а единственный цветок, получивший 27 пыльцевых зерен, образовал недоразвитый плод с невыполненными и невсхожими семенами [4].

Ручное нанесение от 5 до 10 пыльцевых зерен на 5 рыльцевых папилл не приводило к завязыванию семян у Limanthes alba. При внесении 25 пыльцевых зерен на 5 рыльцевых папилл завязывание составило 4,1 шт. (из пяти потенциальных семян на один цветок).

Целью наших исследований являлось – подтвердить предположение о роли гормонов, получаемых завязью от пыльцевых зерен, в формировании плодов.

В качестве объектов исследований была выбрана: перекрестно — опыляемая вишня сорта Владимирская [1, 2].

Методика проведения исследований. Вишню обрабатывали водным раствором гиббереллина в следующих концентрациях 2.8*10-4, 1.4*10-4 и 2.9*10-4М, и индолилуксусной кислоты в концентрациях 5.7*10-5, 1.4*10-4 и 2.8*10-4М, (контроль – опрыскивание дистиллированной водой). Расход рабочего раствора на вишне – 1.0 л/дерево.

После обработки растения выбирали модельную ветвь, на которой производили подсчет бутонов, после чего на ветвь одевался изолятор. При наступлении массового цветения изоляторы снимали на один день, в некоторых случаях на пять дней, иногда контрольные ветви оставались без изолятора. Ветви выбирались с южной стороны кроны среднего яруса одного и того же порядка ветвления.

Проводимые отчеты и анализы:

  1. фертильность пыльцы;
  2. нектаровыделение и концентрация сахаров в нектаре;
  3. число посещений цветов пчелами;
  4. процент завязавшихся плодов и их массу.

Первой нашей задачей по изучению роли физиологически активных веществ в процессах развития завязи и развитии плода явилось определение гормонального статуса пыльцы и завязи цветков вишни до опыления и после. Было установлено высокое содержание индолилуксусной кислоты и гибереллинов, а также замечено следовое содержание абцизовой кислоты (таблица 1).

Таблица 1

Гормональный статус пыльцы и завязи вишни

(нг на 1 г сухой массы)

Наименование объекта исследований ИУК Цитокинин АБК ГК
Пыльца вишни 32.30 следы следы 2600
Завязь вишни, до опыления 28.14 2.1 следы 3080
Завязь вишни после опыления 3день день 52.6 4.5 следы 6300

В результате обработок все примененные фитогормоны способствовали увеличению фертильности пыльцы (таблица 2). Причем во всех вариантах отмечалось достоверное увеличение показателей.

Таблица 2

Влияние фитостимуляторов на фертильность пыльцы

Обработка Длина

пыльцевой трубки, у.е.

Прорастание

пыльцы, %

Контроль

ГК3 1.4*10-4М

ЭБ. 5.2*10-7М ИУК 2.8*10-4М

6.743

15.343*

8.414*

0.217

36.7

47.1*

45.9*

7.3-*

НСР0.05 2.176 8.414

*различия достоверны при 95% уровне значимости.

Наибольшее стимуляторное действие оказывал гиббереллин, несколько слабее действовал эпи-брассинолид. ИУК, примененная в концентрации -2.8*10-4 М, практически полностью подавляла прорастание пыльцевых зерен (проросло всего несколько пыльцевых зерен, однако пыльцевые трубки приближались по длине к пыльцевым трубкам цветов, обработанных гиббереллином). Сокращение средней длины пыльцевой трубки в данном примере связано со снижением процента прорастания пыльцевых зерен. Длина пыльцевых трубок у проросших зерен была больше, чем в контрольном варианте, но меньше, чем при обработке эпи-брассинолидом (табл.2).

Аналогичные результаты получены и в следующем году при обработке вишни гиббереллинами и ауксинами (таблица 3).

Таблица 3

Влияние фитостимуляторов на фертильность пыльцы

Вариант Длина

пыльцевой трубки у.е.

Прорастание

пыльцы, %

Контроль 6.670 45.6
ГК3 2.8*10-5М 13.100* 53.2*
ГК3 1.4*10-5М 15.369* 58.4*
ИУК 5.7*10-5М 7.352* 51.4*
ИУК 1.4*10-4М нет проростания 0
НСР0.05 0.149 4.520

*здесь и далее различия достоверны при 95% уровне значимости.

Наибольшая величина скорости роста пыльцевой трубки отмечена при обработке ГК3, в концентрации 1.4*10-4 М, далее в порядке снижения эффекта: ГК3 2.8*10-5 М; ИУК 5.7*10-5 М. У растений, обработанных ауксином в концентрации 1.4*10-4 М, жизнеспособность пыльцы была полностью подавлена (табл.3). Таким образом, высокие концентрации подавляют рост пыльцевых зерен, что может быть связано с сигналом успешного оплодотворения.

Деревья, обрабатывали растворами гибберелловой кислоты, индолилуксусной кислоты и эпи-брассинолидом в концентрацях1.4*10-4 М; 2.8*10-4; 5.2*10-7 М соответственно. После обработки растения выбирали модельные ветви. Затем, на часть ветвей надевали изоляторы, моделируя факт недостаточного опыления, которые при наступлении массового цветения снимали на 8 час. При этом проводился подсчет посещаемости цветов пчелами. Количество посещений составило 1.98 раза в час. Пчелиная пасека находилась непосредственно в саду из расчета две семьи на гектар.

Таблица 4

Влияние обработок фитогормонами на формирование плодов

Вариант Завязывание Масса плода, г
Под изолятором Без изолятора Под изолятором Без изолятора
Контроль

ГК3 1.4*10-4М

ЭБ. 5.2*10-7М

ИУК 2.8*10-4М

5.35

19.29*

14.64

21.14*

21.08

44.09*

26.28

38.61

2.145

3.127 *

2.715 *

2.987 *

3.047

3.447 *

3.383 *

3.253 *

НСР0.05 13.16 20.96 0.301 0.224

*здесь и далее различия достоверны при 95% уровне значимости.

Гиббереллин и ИУК существенно повышали завязывание при недостаточном опылении, а гиббереллины — и при нормальном опылении (таблица 4).

Значительный рост процента завязавшихся плодов по отношению к контрольному варианту отмечается во всех случаях. Процент плодов увеличивается только в варианте с обработкой гибберелловой кислотой. В случае с недостатком опылителей, и в варианте со стероидными гормонами, также наблюдается увеличение завязей.

Для продолжения эксперимента в следующем году нами были выбраны гиббереллин и индолилуксусная кислота в физиологически активных концентрациях. Изоляторы снимались с выбранных нами ветвей на один и пять дней.

Как и ожидалось, максимальная разница в проценте завязавшихся плодов и их средней массе, отмечалась в варианте со значительным недостатком в посещаемости цветков пчелами (одни сутки без изолятора). Данные по результатам эксперимента представлены в таблице 5.

Таблица 5

Изменение завязывания плодов под влиянием обработок на фоне недостаточного опыления, % контроля

Вариант 1 день без изолятора 5 дней без изолятора Без изолятора
ГК3 2.8*10-5М 184.6 * 70.3 * 21.9
ГК3 1.4*10 -4М 236.5 * 107.3 * 24.2
ГК3 2.9*10-4М 210.6 130.3 * 35.5 *
ИУК 5.7*10-5М 249.3* 52.8 -3.6
ИУК 1.4*10-4 М 187.5 * 93.00 * 20.7
ИУК 2.8*10 М 237.9 150.1 * 35.4*
НСР0.05 32.6 53.7 34.2

*здесь и далее различия достоверны при 95% уровне значимости.

С увеличением концентрации препарата отмечался рост средней массы плодов. Причем, достоверная прибавка была отмечена во всех вариантах (таблица 6). Наиболее наглядно подтверждали теорию о значение физиологически активных веществ в формировании урожая косточковых в случаях с недостаточным опылением (один и пять дней без изолятора), менее выражена данная зависимость в условиях нормального опыления (более 15 посещений на один цветок).

Таблица 6

Изменение средней массы плода под влиянием обработок на фоне недостаточного опыления, % контроля

Условия опыления ГК3

2.8*10-5М

ГК3

1.4*10-4М

ГК3

2.9*10-4М

ИУК 5.7*10-5 ИУК 1.4*10-4М ИУК 2.8*10-4М
1 день без

изолятора

51.2 + 8.3 67.3 + 6.3 67.6 + 4.7 35.4 + 5.3 54.1 + 6.7 53.1 + 6.3
5 дней без изолятора 46.1 + 7.2 62.6 + 10.3 68.7 +6.5 52.1+4.8 51.3+6.4 74.8+9.2
Без изолятора 7.1 + 2. 1 8.1 + 2.2 16.7 + 9.6 8.1 + 3.2 11.6 + 7.6 10.2 + 2.9

Отношение сухого веса к сырому было приблизительно равным во всех рассмотренных случаях. Следовательно, увеличение массы плода шло за счет увеличения накопления сырой массы.

Проведенный статистический анализ данных эксперимента показал, что при недостатке гормонов уменьшается процент завязавшихся плодов и их масса. Экзогенное восполнение недостающих физиологически активных веществ увеличивает как величину урожая, так и его качество.

Показано, что применение индолилуксусной кислоты и гиббереллина, наиболее эффективно при недостаточном опылении, что создает предпосылки для разработки приемов применения данных гормонов, с целью нивелирования эффекта от недостаточного посещения цветка насекомыми.

Исходя из вышеизложенных фактов, можно считать подтвержденным гипотезу о значения количества фитогормонов полученных с пыльцой пестиком для формирования и развития плода.

Полученные результаты эксперимента имели неожиданный эффект. По нашим предположениям ауксин должен был оказывать положительное влияние на нектароотделение. Анализ результатов данных опыта показал, что только гиббереллины стимулировали во всех вариантах нектаровыделение, а обработка гетероауксином во всех испытуемых концентрациях его подавляла. Возможно, это связано с начавшей активно развиваться завязью, что и послужило сигналом успешного оплодотворения, тем самым прекращая выделение нектара (таблица 7).

Таблица 7

Влияние фиторегуляторов на нектаровыделение вишни (мм).

Вариант Время взятия проб (ч.) Средняя за

день

7 9 11 13 15 17
Контроль 4.9 3.7 2.1 1.0 0.5 0.4 13.5
ГК3 2.8*10-5М 5.5 4.3 2.4 0.5 1.0 0.4 14.7+
ГК3 1.4*10-4М 6.4 4.4 2.3 1 .2 2.0 0.5 16.3+
ГК3 2.9*10-4М 5.9 4.3 2.1 0.9 1.2 0.4 15.2+
ИУК 5.7*10-5М 4.8 3.2 2.1 0.7 0.8 0.8 12.6
ИУК 1.4*10-4М 3.7 3.4 2.2 0.7 0.9 0.5 11.5
ИУК 2.8*10-4М 3.7 3.4 2.4 1.2 0.8 0.5 11.1
НСР0.05 0.52 0.47 0.48 0.19 0.22 0.14 1.02

Проведенные нами исследования убедительно показывают участие растительных гормонов пыльцы в процессах развития завязи и, особенно это показательно, на стадии пост оплодотворения. Экзогенное восполнение фитогормонов в вариантах с недостаточным опылением достоверно увеличивало качество и количество урожая.

Причем, обработка гиббереллинами достоверно увеличивала скорость роста пыльцы и длину трубок, что косвенно объясняет увеличение образования плодов. Ауксины, по-видимому, увеличивая аттрагирующее свойство семяпочки, что способствовало росту средней массы плода.

Можно сделать вывод — за развитие семяпочки отвечают фитогормоны. Подбирая их определенные концентрации можно как нивелировать негативный результат от недостаточного опыления, так и стимулировать развитие партенокарпических плодов.

Список литературы:

1. Бойценюк Л.И., Желонкина Е.Э., Влияние климатических факторов на нектаровыделение плодовых и ягодных культур. Пчеловодство. 2018. № 1. С. 24-25.

2. Бойценюк Л.И., Желонкина Е.Э., Формирование урожайности на землях сельскохозяйственного назначения энтомофильными насекомыми. Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2016. № 1 (132). С. 29-31.

3. Бритиков Е.А., Петропавловская Р.Н. Влияние ферментов, витаминов и стимуляторов типа ауксинов на завязывание семян при инцухте ржи. // ДАН СССР, 1954, N.97(2), стр.31.

4. Губин А.Ф., Халифман И.А. Пчелы и урожай. // Москва. Знание, 1956, серия V, N6, 1 квартал, стр. 15-17.

5. Димча Г.Г. Использование медоносных пчел для опыления подсолнечника, нектаропродуктивность гетерозисных гибридов. // К., Укр. СХИ., Автореферат, 1989.

6. Пафнутова Е.Г. Роль экологического прогноза в системе рационального использования земельных ресурсов. В сборнике: Землеустройство, землепользование и земельный кадастр материалы Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов. 2004. С. 215-217.

7. Сазыкин Ю.В. Роль пчел в опылении ягодных кустарников. // М., ТСХА, Автореферат, 1959 г.

8. Скребцова. Н.Ф. Роль медоносных пчел в избирательном оплодотворении главнейших энтомофильных культур. // Харьков, Автореферат, 1989 г.

9. Уоринг Ф. Филипс И. Рост растений и дифференцировка // Москва. Мир., 1984, стр.198-201.

НОВІ ЛІНІЇ СОЇ, СТВОРЕНІ МЕТОДОМ ГІБРИДИЗАЦІЇ

Сельскохозяйственные науки

Medvedeva L.R.

senior scientist

Institute of Agriculture of the Steppe of the NAAS

Krentsiv J.I.

junior scientist

Institute of Agriculture of the Steppe of the NAAS

Медведєва Л. Р.

старший науковий співробітник

Інститут сільського господарства Степу НААН

Кренців Я. І.

молодший науковий співробітник

Інститут сільського господарства Степу НААН

NEW LINES OF SOY CREATED BY THE HYBRIDIZATION METHOD

НОВІ ЛІНІЇ СОЇ, СТВОРЕНІ МЕТОДОМ ГІБРИДИЗАЦІЇ

Summary. The method of intrinsic hybridization has created new lines of soy which are characterized by high productivity, quality of seeds, drought tolerance, plasticity and stability, resistance to major diseases and changes of environmental factors. Scientific researches have been conducted in the Institute of Agriculture of the Steppe of the NAAS during 1999-2016. In 1999 and 2001 in the field conditions, the first forced crossings of soybean of various geographical origin were carried out according to the generally accepted method. In cross-breeding schemes, the collection samples of domestic and foreign selection, namely French and Canadian, were used. Further work with hybrid populations was carried out using the Pedigree method. Selection of ancestral plants began with F2 and continued it in subsequent generations until constant lines were obtained.

Key words: soybean, hybridization, selection, line, yield

Анотація. Методом внутрішньовидової гібридизації створені нові лінії сої, які характеризуються високою продуктивністю, якістю насіння, посухостійкістю, пластичністю і стабільністю, стійкістю до основних хвороб та зміни факторів навколишнього середовища. Дослідження проводили в Інституті сільського господарства Степу НААН впродовж 1999–2016 рр. У 1999 та 2001 рр. в польових умовах за загальноприйнятою методикою були проведені перші примусові схрещування сої різного географічного походження. У схемах схрещування використали колекційні зразки вітчизняної та зарубіжної селекції, а саме французької та канадської. Подальшу роботу з гібридними популяціями проводили методом «педігрі». Добір родоначальних рослин почали з F2 і продовжували його в наступних поколіннях до одержання константних ліній.

Ключові слова: соя, гібридизація, селекція, лінія, урожайність

Постановка проблеми. Широке впровадження білково-олійної культури сої в світовому сільському господарстві обумовлено виключним багатством, відмінною якістю хімічного складу насіння, економічністю і досить низькою енергоємкістю виробництва, універсальністю застосування в кормових, харчових, технічних і медичних цілях.

Для успішного впровадження сої у виробництво велике значення має правильний вибір сорту щодо напрямку використання та ґрунтово-кліматичних умов вирощування.

Кіровоградщина є зоною нестійкого та недостатнього зволоження. Завдяки підвищеній стійкості сої до посухи, вона може стабільно забезпечити область урожаями зерна в межах 2,0-2,5 т/га, при відповідній агротехніці. Умови для цього в Кіровоградській області є, тим більше, що сорти створені в Інституті сільського господарства Степу НААН – високоврожайні, ранньостиглі та середньоранні.

Аналіз останніх досліджень і публікацій.

Соя – одна з найголовніших культур світового землеробства, яка являє собою основу піраміди рослинного білка і посідає перше місце серед світових ресурсів виробництва олії, шроту і комбікормів. Ця культура підвищує родючість ґрунту і захищає середовище від забруднення, ефективно використовує добрива, придатна для вирощування на зайнятих парах. Завдяки цьому світове виробництво зерна сої постійно збільшується, а це надійний шлях до виходу із продовольчої і енергетичної кризи, підвищення культури землеробства, формування ресурсів рослинного білка і олії [1].

Глобальні зміни клімату, що спостерігаються і в Україні, температурний і водний режим, які так швидко змінюються, потребують створення сортів сільськогосподарських культур нового типу та розробки сучасних волого-, ресурсозберігаючих технологій. Для цього необхідно враховувати специфіку умов України, особливо її степової частини, яка відзначається значним коливанням температури і кількості опадів. Тому для степової зони необхідні добре адаптовані посухо-, жаростійкі сорти, здатні формувати задовільний рівень урожаю в умовах недостатнього зволоження [2].

Соя є культурою мусонного клімату. Для умов Степу необхідно покращувати, насамперед, головну ознаку культури – посухостійкість. Значну селекційну цінність мають форми сої з коротким періодом «сходи-початок цвітіння» і подовженим «цвітіння-дозрівання», а також з потужною кореневою системою та ланцетними листками [3].

Серед багатьох факторів, що впливають на врожайність, головна роль належить особливостям сорту. Рівень протистояння несприятливим факторам зовнішнього середовища залежить від адаптивних ознак сорту [4].

Головним завданням селекціонерів у збільшенні виробництва сої в умовах Степу є створення і впровадження у виробництво саме адаптивних сортів з високою врожайністю та якістю насіння, пристосованих до конкретних умов вирощування [5].

Основним методом створення сортів сої є гібридизація. Комбінування таким шляхом генів підвищеної продуктивності та адаптивності дає можливість створити новий вихідний матеріал, що поєднує обидві ознаки. Особливість селекції подібних генотипів полягає в необхідності оцінки їх господарсько-цінних ознак у різних екологічних умовах, у тому числі й стресових [6].

Однак міжсортова гібридизація звужує генетичну основу селекції, що ускладнює створення сортів нового покоління, які окрім високої врожайності і якості продукції повинні характеризуватися стабільністю, стійкістю до екстремальних умов вирощування, мають бути придатними для органічного землеробства та нульових технологій обробітку ґрунту. Тому актуальним у селекції сої є розширення генетичного різноманіття, що неможливо без залучення зразків різного географічного походження.

Невирішені питання. В Україні за останні роки значно зросли площі посіву сої з 1 млн. в 2010 році до 1 млн. 709 тис. га в 2018 році.

Дані виробничої перевірки свідчать про те, що сорти зарубіжної селекції не забезпечують достатньої продуктивності і оптимальної стійкості до лімітуючих умов вирощування в Україні. В Степових умовах країни у сортів селекції північних регіонів спостерігаються негативні ознаки – розтріскування бобів через дефіцит вологи, сорти ж виведені на півдні, як правило достигають на 7-14 діб пізніше оптимальних строків.

Тому подальше збільшення виробництва сої в степовій зоні країни неможливе без створення і впровадження у виробництво нових більш урожайних сортів, стійких до екстремальних умов вирощування.

Створення таких сортів на сучасному етапі селекції залежить від вивчення вихідного матеріалу, його різноманітності, успадкування господарсько-цінних ознак у селекційних зразків і гібридів сої, кореляційної залежності і їх генетичної природи. Більшість ознак є рецесивними, що створює труднощі при створенні заданих параметрів. Вирішення таких вказаних проблем дозволить значно підвищити ефективність регіональної селекції.

В Інституті сільського господарства Степу НААН багато років проводяться підбір і вивчення колекційних зразків сої вітчизняної та зарубіжної селекції для використання на первинних етапах селекції та створення нового вихідного матеріалу, який буде залучений до виведення нових сортів з високою продуктивністю, оптимальною стиглістю, високими кормовими та харчовими якостями, стійких проти основних хвороб та несприятливих умов середовища.

Мета. Добір і вивчення гібридних ліній з господарсько-корисними ознаками у польових умовах, одержання гібридів та створення нової моделі сорту з бажаними ознаками.

Результати досліджень. Дослідження проводили в лабораторії селекції і насінництва зернових та технічних культур Інституту сільського господарства Степу НААН. У 1999 та 2001 рр. в польових умовах за загальноприйнятою методикою були проведені перші примусові схрещування сої різного географічного походження. У схемах схрещування використали колекційні зразки вітчизняної та зарубіжної селекції, а саме французької та канадської.

Роботу з гібридними популяціями проводили методом «педігрі» (багатократний індивидуальний добір). Добір родоначальних рослин почали з F2 і продовжували його в наступних поколіннях до одержання константних ліній. У 2000–2002 рр. було відібрано елітні рослини для подальшого вивчення в розсадниках гібридів другого, третього покоління та селекційних. Нові гібридні лінії з комплексом господарськи цінних ознак було досліджено у контрольному розсаднику (2006–2010 рр.). У 2011–2016 рр. ці лінії вивчали в конкурсному сортовипробуванні (площа ділянки 45,0 м2).

Сівбу проводили у третій декаді квітня селекційною сівалкою СКС-6-10. Ширина міжрядь 45 см, норма висіву 0,6 млн. схожих насінин на 1 га. Догляд за селекційними посівами включав одноразове рихлення міжрядь та внесення страхових гербіцидів (Хармоні, 6 г/га + Базагран, 2 л/га).

Упродовж вегетації проводили фенологічні спостереження, оцінку рослин на посухостійкість, стійкість до вилягання та розтріскування бобів, морфологічний опис номерів, облік ураження хворобами, а також видаляли рослини, нетипові за кольором квітки та опушення. Урожай збирали у фазі повної стиглості комбайном Сампо-2010.

Структурний аналіз рослин конкурсного сортовипробування проводили за схемою аналізу рослин F2.

Для визначення вмісту протеїну (% на абсолютно суху речовину за методом К’єльдаля), ГОСТ 10846-91 [7] і жиру (% від маси сухого знежиреного залишку в модифікації Рушковського), ГОСТ 29033-91 [8]. В насінні сої номерів конкурсного сортовипробування, що проводили у вимірювальній лабораторії станції, відбирали зразки насіння масою 300 г. Фітопатологічну оцінку сортозразків сої на стійкість проти хвороб проводили за шкалами, що використовуються у системі державного сортовипробування сільськогосподарських культур [9, 10]. Статистичну обробку результатів досліджень проводили методом дисперсійного аналізу [11].

Погодні умови за період досліджень (1999–2016 рр.) були як посушливими, так і сприятливими для росту і розвитку рослин сої. Помірно тепла температура повітря та достатня кількість опадів під час вегетації рослин у 2011, 2013, 2015, 2016 рр. задовільно вплинули на формування врожайності насіння.

Методом внутрішньовидової гібридизації колекційних зразків різного географічного походження нами було створено ряд ліній з господарськи цінними ознаками. За період випробування кращими були лінії 739 і 802, які істотно перевищили стандарт за врожайністю (на 0,11–0,58 т/га) (табл. 1).

Лінія 739 створена схрещуванням канадського сорту К-002 з французьким Osso. Середньостигла (період вегетації 111–120 діб). Тип росту детермінантний. Рослини заввишки 85–105 см, висота кріплення нижнього бобу – 16–20 см. Забарвлення стебла і опушення світле. Квітка біла. Насіння жовте з коричневим рубчиком. Вміст протеїну в насінні 38,8–39,9 %, олії – 23,1–23,7 %. Лінія стійка проти аскохітозу, пероноспорозу, септоріозу, бактеріозу, фузаріозу, вірусної мозаїки. Цінними ознаками лінії 739 є висока стійкість до посухи, вилягання, обсипання, закладка нижніх бобів, підвищений вихід жиру (рис. 1).

Рис. 1. Лінія 739

За роки випробування (2011-2016) максимальна врожайність насіння лінії 739 в умовах Степу України сягнула 3,22 т/га. За п’ять років випробування (2011,2013-2016) лінія 739 за врожайністю насіння перевищила стандарт на 0,21–0,58 т/га (табл.).

Таблиця

Характеристика нових ліній сої (2011, 2013–2016 рр.)

Лінія 802 створена шляхом гібридизації Медея / КС-3. Дуже рання (період вегетації 87-105 діб). Тип росту індетермінантний. Рослини заввишки 90–110 см, висота кріплення нижнього бобу – 13–17 см. Забарвлення стебла і опушення світле. Квітка біла. Насіння жовте з темно-коричневим рубчиком. Вміст протеїну в насінні 41,8–42,8 %, олії – 20,1–22,5 %. Лінія 802 стійка проти основних хвороб, має високу стійкість до посухи, вилягання, обсипання та підвищений вміст протеїну (рис. 2).

Рис. 2. Лінія 802

За роки випробування (2011-2016) максимальна врожайність насіння лінії 802 в умовах Степу України становила 2,75 т/га. За п’ять років випробування (2011,2013-2016) лінія 802 за врожайністю насіння перевищила стандарт на 0,11-0,35 т/га (табл.).

Таким чином, використання в селекційному процесі колекційних зразків сої з різних регіонів дало можливість створити лінії, у яких спостерігається більш високий рівень трансгресій порівняно з батьківськими формами.

Різні погодні умови у роки досліджень дали нам змогу виділити лінії з високою насіннєвою продуктивністю як у сприятливих (2011, 2013, 2015, 2016 рр.), так і в екстремальних умовах вирощування (2014 р.).

У результаті багаторічної селекційної роботи в Інституті сільського господарства Степу НААН було створено 30 сортів сої, що в різні роки внесені до Держреєстру України.

Висновки. Найбільш продуктивними виявились ранньостиглі і середньостиглі лінії сої, батьківські форми яких мають різне географічне походження. Головними господарськи цінними ознаками нових ліній є підвищена насіннєва продуктивність, посухостійкість, високий вміст протеїну і олії в насінні, стійкість проти основних хвороб і несприятливих умов середовища, висока закладка нижніх бобів. Створені лінії представляють інтерес для подальших селекційних досліджень та передачі до експертизи на придатність для поширення в Україні.

Список використаних джерел

1. Бабич А. О., Побережний М. С. Зернобобові культури у світовій економіці і розв’язання глобальної продовольчої проблеми. Посібник українського хлібороба: наук.- практ. зб. 2013. Т. 2. С. 95–99.

2. Січкар В. І. Ефективніше використовувати сортовий потенціал сої – потреба сьогодення. Посібник українського хлібороба: наук.-практ. зб. 2013. Т. 2. С. 146–150.

3. Бабич А. О., Іванюк С. В. Соя: стан та перспективи селекції в Україні. Посібник українського хлібороба: наук.-практ. зб. 2013. Т. 2. С. 99–101.

4. Соколов В. М., Січкар В. І. Стан науково-дослідних робіт з селекції зернобобових культур в Україні. Збірник наукових праць СГІ-НЦНС. Одеса, 2010. Вип.15 (55). С. 6–13

5. Січкар В. І. Результати та перспективи адаптивної селекції сої. Вісник аграрної науки. 2012. Спецвипуск. С. 63–67.

6. Січкар В. І., Лаврова Г. Д., Гансело О. І. Підвищення адаптивності сої в посушливих умовах – основний напрям сучасної селекції на півдні України. Селекція, генетика та насінництво сільськогосподарських культур: тези міжнародної науково-практичної конференції, присвяченої 50-річчю селекції рослин у Полтавській державній аграрній академії (м. Полтава, 22–23 травня 2013 р.) / Полтавська ДАА. Полтава : ПДАА, 2013. С. 58–59.

7. Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка: ГОСТ 10846-91. [Действующий с 01.06.1993] Москва: Стандартинформ, 2009. 7 с. (Межгосударственный стандарт)

8. Зерно и продукты его переработки. Метод определения жира: ГОСТ 29033-91. [Действующий с 01.07.1992] Москва: Издательство стандартов, 1992. 4 с. (Межгосударственный стандарт)

9. Методика оценок устойчивости сои к болезням и вредителям: методические рекомендации / под ред. Л. Т. Бабаянца. Одесса: [б. и.], 1985. 30 с.

10. Кириченко В. В., Кобизєва Л. Н., Петренкова В. П., Рябчун В. К., Безугла О. М., Маркова Т. Ю. та ін.. Ідентифікація ознак зернобобових культур (горох, соя): Навчальний посібник / за ред. В. В. Кириченка. Харків: ВАТ «Видавництво «Харків», 2009. 172 с.

11. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд., доп. и перераб. Москва: Агропромиздат, 1985. 351 с.

 

System SARUAV wrocławskich naukowców znacząco skróci poszukiwania osób zaginionych

System SARUAV, którego celem jest zlokalizowanie zaginionej osoby na otwartym terenie, za dwa lata powinien być gotowy do wykorzystania w akcjach poszukiwawczych. Teraz pracujemy m.in. nad skróceniem czasu przetwarzania obrazu — mówi PAP prof. Tomasz Niedzielski z Uniwersytetu Wrocławskiego.

System lokalizujący na otwartym terenie osoby zaginione został opracowany przez prof. Tomasza Niedzielskiego i jego zespół ze spółki technologicznej SARUAV sp. z o.o., działającej pod patronatem Uniwersytetu Wrocławskiego.

System otrzymał nazwę SARUAV — z ang. Search and Rescue Unmanned Aerial Vehicle, która odzwierciedla jego misję, tj. poszukiwanie i ratunek z użyciem bezzałogowych statków powietrznych.

«SARUAV ma na celu przetwarzanie zdjęć lotniczych, pozyskiwanych przez bezzałogowe statki powietrzne, aby w sposób automatyczny wspierać poszukiwania osób zaginionych, pokazując na raportach mapowych służbom poszukiwawczym potencjalne miejsca, gdzie może przebywać zaginiony człowiek» — tłumaczył Niedzielski.

Jak wyjaśnił, system w pierwszej kolejności wyznacza obszar, gdzie z dużym prawdopodobieństwem może przebywać zaginiony. «Robi się to za pomocą kilku modeli matematycznych, które uwzględniają zarówno specyfikę osoby, która zaginęła — bo inaczej porusza się dziecko, osoba chora, inaczej turysta czy rowerzysta — jak i dane o pokryciu i ukształtowaniu terenu. Osoba przemieszczająca się po drodze porusza się zwykle szybciej, niż człowiek pokonujący gęste zarośla, las czy terenu podmokłe» — wyjaśnił.

Dopiero nad tak wyznaczony teren kierowany jest dron z misją wykonywania zobrazowań lotniczych, na których specjalny algorytm identyfikuje człowieka. Odbywa się to — jak tłumaczył naukowiec — poprzez poszukiwanie specyficznych anomalii na zdjęciach m.in. kolorystycznych, które są następnie sprawdzane pod kątem podobieństwa z określonymi cechami człowieka. Jednocześnie system potrafi wyznaczyć współrzędne zidentyfikowanych miejsc, co pozwoli służbom ratowniczym szybko dotrzeć do poszkodowanego.

Jak mówił Niedzielski, etap zawężenia strefy poszukiwań zajmuje kilkanaście minut, natomiast kluczowe dla zespołu jest ograniczenie do minimum czasu potrzebnego ma przetwarzanie zdjęć zrobionych dronem.

«Nasze pierwsze próby kończyły się na 20 minutach na jedno zdjęcie, teraz zeszliśmy do pojedynczych minut» — tłumaczył i dodał: «Robimy równocześnie dwie rzeczy: skracamy czas obliczeń, ale staramy się też zwiększyć skuteczność detekcji. Pracujemy nad algorytmem, a w drugiej kolejności będziemy pracować nad sposobem prowadzenia obliczeń i ich przyspieszenia za pomocą infrastruktury obliczeniowej».

Naukowiec zapewnił, że system jest tak zaprogramowany, by odróżnić człowieka od zwierzęcia. «Nie bazuje — to jest bardzo ważne — na informacji termalnej, gdzie ta pomyłka byłaby niemalże oczywista. Opiera się na zdjęciach zrobionych w świetle widzialnym, ewentualnie bliskiej podczerwieni, bo chcemy go zaoferować szerokiemu gronu odbiorców» — powiedział Niedzielski.

Jak dodał, chodzi o to, by SARUAV sprawdził się w przypadku zastosowania prostych kamer cyfrowych. Kluczowa jest natomiast wysoka rozdzielczość zdjęć. «Wielkość piksela powinna być rzędu 4-5 cm, wtedy detekcja człowieka może być skuteczna przy wykorzystaniu naszego systemu» — tłumaczył.

Niedzielski zapewnił, że jeżeli tylko kamera i możliwości bezzałogowego statku powietrznego na to pozwalają, system może pracować w deszczu czy w lekkim zamgleniu. «Jak się przeprowadza wizualną analizę zdjęć lotniczych, to detekcja człowieka nie jest łatwa, natomiast algorytm skutecznie realizuje to zadanie».

Problemem do rozwiązania — jak mówił — jest nadreprezentacja obiektów, uznanych przez system za człowieka. Stąd też prace naukowców ukierunkowane są także na minimalizację błędnych interpretacji.

Celem zespołu SARUAV jest stworzenie w ciągu dwóch lat demonstratora systemu, który będzie gotowy do zastosowania. Właśnie na potrzeby tego projektu powołano spółkę technologiczną spin-off pod patronatem Uniwersytetu Wrocławskiego.

«Realizujemy projekt w programie BRIdge Alfa, koordynowanym i wspieranym przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Współpracujemy z funduszem inwestycyjnym Epic Alfa, dzięki któremu możliwa była inwestycja w nasze rozwiązanie oraz nasz udział w programie Bridge Alfa» — powiedział.

ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТА «ЛЕЙКОЗАВ» НА КЛЕТОЧНОЕ ЗВЕНО ИММУНИТЕТА КРЫС

Постановка проблемы. Среди вирусных болезней злокачественной природы (рак крови) сельскохозяйственных животных наибольшую опасность представляет лейкоз крупного рогатого скота. Заболевание вызывается РНК-содержащим вирусом тип С семейства Retroviridae рода Deltaretrovirus. Болезнь поражает кроветворную систему и заканчивается формированием злокачественных опухолей в органах и тканях, а затем, гибелью животного [1, p. 1297–1305].

Основой борьбы с инфекционными заболеваниями является защита чувствительных животных специфическим иммунитетом [2, 544 с.]. В последнее время лейкоз КРС распространен во многих странах мира, в том числе и в Украине [3]. Наиболее эффективным методом борьбы с болезнями вирусной этиологии является защита чувствительных животных поствакцинальным иммунитетом, но такие препараты еще находятся в стадии разработки. Проблема профилактики и борьбы с лейкозом КРС остается актуальной.

Анализ последних исследований и публикаций. Социальное значение заболевания базируется на аналогичности протекания патологии у разных видов животных и людей. Хотя сегодня лейкоз КРС не отнесен к инфекционным заболеваниям антропозоонозной категории – случаев возникновения и развития непластичных процессов у людей из-за инфицирования ВЛКРС в мировой практике не зарегистрировано. В тоже время, по данным Горбатенко С.К., уже длительный период известна возможность ВЛКРС индуцировать развитие инфекционного процесса не только в организме родственных животных, но и у овец, коз, свиней, кролей, мышей, приматов. Больше того, возбудитель лейкоза КРС успешно размножается на культуре клеток человека, а скармливание обезьянам сырого молока и мяса от больного лейкозом крупного рогатого скота провоцирует непластичный процесс. Проблематика опасности ВЛКРС для человека инициируется накоплением научной информации о близкой генетической родственности возбудителя лейкоза крупного рогатого скота и вируса Т-клеточного лейкоза человека HTLV-1. Установлена гомология последовательностей между р24 ВЛКРС и главным белком р24 вируса HNLV-1; структура провирусного генома ВЛКРС сходна аналогичному показателю возбудителя Т-клеточного лейкоза человека, установлена гомологичность их pol-генов. Особенное внимание заслуживает предположение исследователей, на основании анализа геномов ВЛКРС и HNLV-1, про абсолютно обоснованное предположение относительно существования общего предшественника обоих вирусов [4, С. 807–810; 5, С. 191–197; 6, С. 14–15; 7, р. 12–21; 8 р. 1210–1248].

В Украине до 1985 г. борьба с заболеванием проводилась посредством выявления больных лейкозом животных на основе клинико-гематологических признаков. На сегодняшний день борьба с лейкозом КРС на территории Украины регламентируется соответствующим документом («Інструкція з профілактики та оздоровлення великої рогатої худоби від лейкозу»). Основным методом борьбы и профилактики с лейкозом КРС является выявление с помощью диагностических методов РИД, ИФА и ПЦР позитивно реагирующих животных. Животных изолируют, и после повторного подтверждения диагноза проводится убой [9, 13 с.]. В практике широко используется определение антител к вирусу лейкоза ВРХ в сыворотке крови, в реакции РИД. Метод РИД имеет высокую специфичность, но низкую чувствительность [10, p. 1459–1469]. Не всегда, получается, выявить всех зараженных животных, особенно при диагностике лейкоза у молодняка КРС. Такие животные могут долгое время не проявлять признаков заболевания и являться потенциальными носителями инфекции. Поиск альтернативных методов борьбы с лейкозом КРС привел к разработке новых методов профилактики заболевания. На сегодняшний день известны разработки препаратов для профилактики лейкоза, как в нашей стране, так и за рубежом, но они находятся в стадии испытаний [11, c. 44–46; 12, 3 с.; 13, c. 151–158].

Выделение нерешенных ранее частей проблемы. При современной комплексной диагностике лейкоза КРС остается нерешенной проблема профилактики и лечения заболевания. Создание и апробация новых иммуногенных противолейкозных препаратов требует тщательного исследования влияния нового препарата не только на организм чувствительных животных, но прежде всего на организм лабораторных животных, которые чаще всего применяются для серийного контроля качества и сертификации препарата.

Цель статьи. Исследование влияния препарата «Лейкозав» против лейкоза крупного рогатого скота на иммунный статус лабораторных животных (крыс).

Изложение основного материала. Исследования проводились в виварии Института биологии животных НААН. Были отобраны половозрелые крысы (n = 50 гол.), живой массой (250 — 300 г.). Для контрольной группы было отобрано 10 животных, которым внутримышечно вводили физиологический раствор и отбирали образцы крови для изучения иммунологических показателей. Животным опытной группы (40 голов) вводили препарат дважды с интервалом 14 суток. Отбор и исследование проб крови проводили после введения препарата на 7, 14 и 30-е сутки эксперимента. Все манипуляции с животными проводили согласно Европейской конвенции о защите позвоночных животных, используемых для исследовательских и других научных целей и Закона Украины «О защите животных от жестокого обращения».

Для изучения иммунологических показателей крови использовали кровь отобранную в пробирки с К2 ЕДТА. Определяли следующие показатели: общее количество Т-лимфоцитов (Е-РОЛ) методом спонтанного розеткообразования с эритроцитами барана (Jondal M. еt al., 1972), их субпопуляции Т-хелперы (Тh-Т-РОЛ; Суровас В. М. с соавт., 1980); число «активных» РOЛ (Wansbrough-Jones М. et al., 1979).

Иммунорегуляторный индекс (ИРИ) вычисляли по соотношению ТФР/ТФЧ Т-лимфоцитов, количество В-лимфоцитов (ЕАС-РОЛ) – в реакции комплементарного розеткообразования с эритроцитами барана (Чернушенко Е. Ф. с соавт., 1979). Подсчет числа Т- и В-лимфоцитов и их субпопуляций проводили на фиксированных и окрашенных мазках крови. Определяли количество лимфоцитов с низкой (3-5), средней (6-10) и высокой (М) плотностью рецепторов. Фагоцитарную активность, фагоцитарное число и интенсивность фагоцитоза определяли с суточной культурой Esherihiа coli (Гостєв В. С., 1950). Статистическую обработку полученных результатов исследований проводили с использованием программы «Exсell 2011» для Windows.

Результаты исследований. Главными иммунокомпетентными клетками, носителями иммунологической памяти и предшественниками антителообразующих клеток являются лимфоциты. Их роль в значительной степени характеризует количество Т- и В-лимфоцитов и их субпопуляций в периферической крови. Результаты проведенных исследований показали (табл.1), что относительное количество ТО-РОЛ в крови исследуемых крыс на 5 и 14-е сутки после вакцинации имела тенденцию к росту, что было достоверным, по сравнению с периодом перед вакцинацией, на 5,4% (p≤ 0,05) на 30-е сутки после вакцинации.

 

 

Таблица 1.

Количество ТО-РОЛ и их функциональная активность в крови крыс после применения препарата «Лейкозав», % (М±m; n=5-6)

Показатели Период исследований
перед вакцинацией (контроль) 7 сутки после вакцинации 14-е сутки после вакцинации 30-е сутки после вакцинации
ТО-РОЛ, 0 41,2±1,74 37,66±0,49 34,33±0,55** 33,8±0,37**
3-5 37,0±0,54 38,0±0,63 39,33±0,33* 39,4±0,40*
6-10 21,2±0,73 21,33±0,66 23,0±0,57 23,8±0,37
М 2,6±0,50 3,0±0,51 3,33±0,33 3,0±0,31
% 60,8±1,11 62,33±0,49 65,6±0,55 66,2±0,37*

Примечание. В этой и следующих таблицах * – p<0,05; ** – p<0,01; *** – p<0,001– достоверность у животных опытной группы в сравнении с контрольной.

 

По степени дифференциации данной популяции клеток, наблюдалась высокая активность клеток с низкой, средней и высокой плотностью рецепторов во все периоды исследований после вакцинации. При этом количество ТО-РОЛ с низкой степенью авидности в крови крыс на 14-и 30-е сутки после вакцинации была больше (p<0,05), чем перед вакцинацией. В то же время, количество «нулевых», недифференцированных в функциональном отношении Т-лимфоцитов в крови животных после иммунизации уменьшалось и на 14- и 30-е сутки после вакцинации по сравнению с периодом перед вакцинацией и была достоверной. Подобные изменения выявлены нами также при исследовании количества Т-«активных» и теофиллин-резистентных Т-лимфоцитов в крови опытных крыс после вакцинации (табл. 2). Как видно из полученных результатов исследований количество ТО-РОЛ в крови крыс на 14-и 30-е сутки после вакцинации было больше (p<0,01; p<0,001), чем перед вакцинацией. Эти изменения происходили за счет увеличения количества Т- «активных» лимфоцитов с низкой (p<0,05; p<0,01) и на 30-е сутки с средней (p<0,01) плотностью рецепторов и снижения количества «нулевых», недифференцированных в функциональном отношении клеток (p<0,01-0,001).

 

Таблица 2

Количество ТО-РОЛ и их функциональная активность в крови крыс при применении препарата «Лейкозав», % (М±m; n=5-6)

Показатели Период исследований
перед вакцинацией (контроль) 7 сутки после вакцинации 14-е сутки после вакцинации 30-е сутки после вакцинации
ТА-РОЛ, 0 64,0±0,63 64,33±0,71 59,0±1,15** 55,8±0,73***
3-5 29,8±0,86 29,5±0,56 32,83±0,70* 35,4±0,67**
6-10 5,6±0,43 5,5±0,42 6,66±0,42 7,8±0,37**
М 1,0±0 1,0±0 1,4±0,24 1,25±0,25
% 36,0±0,63 35,66±0,71 41,0±1,15** 44,2±0,73***

 

Известно, что популяция Т-лимфоцитов крови состоит из нескольких субпопуляций, клетки которых отличаются функциональным состоянием. Поэтому использование в исследованиях теста «активного» розеткообразования позволяет определить субпопуляцию Т-клеток, которые имеют высокоаффинные рецепторы к индикаторным клеткам (эритроцитов) и активно взаимодействуют с ними без дополнительной сенсибилизации.

Важное значение при исследовании иммунного ответа организма в условиях вакцинации имеют Т-хелперы (Тh) и Т-супрессоры (Тs), которые представляют собой основную популяцию иммунорегуляторных клеток. По данным таблицы 3 видно, что на 14-и 30-е сутки после вакцинации, по сравнению с периодом перед вакцинацией, в крови крыс зафиксировано большее количество теофиллин-резистентных Т-лимфоцитов (p<0,05). При этом, количество Тh-лимфоцитов с низкой и средней плотностью рецепторов была больше (p<0,05), а недифференцированных (нулевых) – меньше (p<0,05), чем их количество в крови животных перед вакцинацией.

 

Таблица 3

Количество Тh- и Тs-лимфоцитов в крови крыс при применении препарата «Лейкозав», % (М±m; n=5-6)

Показатели Период исследований
перед вакцинацией (контроль) 7 сутки после вакцинации 14-е сутки после вакцинации 30-е сутки после вакцинации
Тh, 0 65,0±0,83 67,33±0,55 61,5±1,08* 58,0±0,70*
3-5 22,4±0,67 23,0±0,36 24,5±0,42* 26,0±0,31*
6-10 10,8±0,58 8,5±0,76* 11,66±0,71 13,4±0,50*
М 2,25±0,47 2,8±0,58 2,33±0,33 2,6±0,50
% 35,0±0,83 33,83±0,30 38,5±1,08* 42,4±0,70*
Тs, % 25,8±1,28 28,5±0,56 27,2±0,20 23,8±0,73*
ИРИ 1,35±0,15 1,18±0,19 1,41±0,33 1,78±0,09*

 

Результаты исследований теофиллин-чувствительных Т-лимфоцитов в крови крыс показали, что их количество на седьмой день после вакцинации имело тенденцию к росту, а на 14- и 30-е сутки после вакцинации снижалось по сравнению с периодом до вакцинации. При этом на 30-е сутки после вакцинации разницы в количестве Тs были достоверны.

Иммунорегуляторный индекс (ИРИ), который характеризует отношение Т-хелперов к Т-супрессорам, на 7-е сутки после вакцинации снижался, а на 14- и 30-е сутки после вакцинации был соответственно на 4,4 и 31,8% (p<0,05) больше, чем до вакцинации (табл. 3).

Трансформация лимфоцитов в бласты – это процесс иммунной активации малых лимфоцитов, которые в состоянии покоя являются относительно неактивными клетками. При исследовании функциональной активности Т-лимфоцитов в реакции бластной трансформации (РБТЛ) с фитогемаглютинином (ФГА) установлено, что количество бластных клеток в крови крыс после вакцинации растет (табл. 4). При этом, по 14- и 30-е сутки после вакцинации их количество было соответственно на 8,2 (p<0,05) и 8,4% (р<0,01) больше, чем перед вакцинацией. Эти данные свидетельствуют о стимулирующем влиянии исследуемого препарата на бластогенез Т-лимфоцитов в крови крыс.

 

Таблица 4

Функциональная активность Т-лимфоцитов в РБТЛ с ФГА при действии препарата «Лейкозав», % (М±m; n=5-6)

Показатели Период исследований
перед

вакцинацией (контроль)

7 сутки после вакцинации 14-е сутки после вакцинации 30-е сутки после вакцинации
РБТЛ c ФГА 30,8±1,24 34,0±1,58 39,0±2,16* 39,2±1,46**

 

 

Исследование активности В-лимфоцитов характеризует уровень гуморального звена иммунитета. Как видно из полученных результатов исследований (табл.5), введение исследуемого препарата лабораторным животным вызвало подобный характер изменений количества В-лимфоцитов в крови, и при исследовании Т-клеточного звена иммунитета. Так, на 14-и 30-е сутки после вакцинации в крови крыс достоверно возрастает количество ЕАС-РОЛ по сравнению с контролем. Увеличение количества В-лимфоцитов в крови крыс происходит за счет перераспределения рецепторного аппарата иммунокомпетентных клеток в сторону роста их авидности. В частности, увеличивается количество ЕАС-РОЛ с низкой (p<0,05) и средней плотностью рецепторов и уменьшается (p<0,01) недифференцированная популяция В-лимфоцитов.

Таблица 5

Относительное количество В-лимфоцитов и их функциональная активность в крови крыс при применении препарата «Лейкозав», % (М±m; n=5-6)

Показатели Период исследований
перед вакцинацией

(контроль)

7 сутки после вакцинации 14-е сутки после вакцинации 30-е сутки после вакцинации
ЕАС-РОЛ, 0 77,6±0,67 76,5±0,76 74,0±0,63** 73,4±0,74**
3-5 15,2±0,80 15,33±0,66 16,6±0,66 17,6±0,50*
6-10 7,0±0,83 7,83±0,30 8,16±0,40 8,2±0,37
М 1,0±0 1,0±0 1,4±0,24 1,33±0,33
% 22,4±0,67 23,5±0,76 26,0±0,63* 26,6±0,74**

Следовательно, введение лабораторным животным препарата «Лейкозав» приводит к увеличению в их крови количества Т-лимфоцитов (общих, активных и теофиллин-резистентных) и В-лимфоцитов, а так же повышает функциональную активность иммунокомпетентных клеток за счет перераспределения рецепторного аппарата Т- и В-лимфоцитов в сторону увеличения их авидности. При этом зафиксировано снижение количества теофиллин-чувствительных Тs через 30 суток после вакцинации и повышения ФГА-индуцированной пролиферативной активности Т-лимфоцитов в крови исследуемых животных.

Фагоциты являются основными активными компонентами клеточной защиты. Из данных, приведенных в табл. 6 видно, что фагоцитарная активность нейтрофилов крови у крыс на 7- и 14-е сутки после вакцинации проявляла тенденцию к снижению, а на 30-е сутки повышалась, однако разницы по сравнению с периодом перед вакцинацией были не достоверны.

Интенсивность фагоцитоза характеризует фагоцитарный индекс (ФИ) и фагоцитарное число (ФЧ). Фагоцитарный индекс, характеризующий количество захваченных микроорганизмов одним активным фагоцитом в крови крыс. На 14-и 30-е сутки после вакцинации был соответственно на 14,6 и 49,1% (p <0,01) больше, чем до вакцинации. Фагоцитарное число (ФЧ), выражающее количество фагоцитированных микробных клеток на 100 подсчитанных лейкоцитов в крови крыс на 14- и 30-е сутки после вакцинации растет соответственно на 29,9 и 59,3% (p <0,05).

Таблица 6

Показатели фагоцитоза нейтрофилов крови крыс при действии препарата «Лейкозав», (М±m; n=5-6)

Показатели Период исследований
перед вакцинацией (контроль) 7 сутки после вакцинации 14-е сутки после вакцинации 30-е сутки после вакцинации
ФА, % 34,0±3,03 33,6±1,72 30,8±2,14 36,4±2,85
ФЧ, од. 1,94±0,34 1,89±0,19 2,52±0,20 3,09±0,26*
ФИ, од. 5,68±0,79 5,58±0,32 6,51±1,43 8,47±0,19**

Введение животным исследуемого препарата не существенно повлияло на фагоцитарную активность нейтрофилов крови, но оказало стимулирующее воздействие на интенсивность фагоцитоза.

Выводы и перспективы. 1. Введение лабораторным животным препарата «Лейкозав» приводит к увеличению (p<0,05-0,001) в их крови количества Т-лимфоцитов (общих, активных и теофиллин-резистентных) и В-лимфоцитов, повышает функциональную активность иммунокомпетентных клеток за счет перераспределения рецепторного аппарата Т- и B-лимфоцитов в сторону увеличения (р<0,05-0,01) их авидности. При этом зафиксировано снижение (p ≤ 0,05) количества теофиллин-чувствительных Тs через 30 суток после вакцинации и повышения (p<0,05-0,01) ФГА-индуцированной пролиферативной активности Т-лимфоцитов в крови исследуемых животных. 2. Введение животным исследуемого препарата приводило к росту фагоцитарного числа (p<0,05) и фагоцитарного индекса (p<0,01) через 30 суток после иммунизации, что свидетельствует о стимулирующем влиянии препарата на интенсивность фагоцитоза. 3. В перспективе, необходимо продолжить исследования влияния препарата «Лейкозав» на другие составляющие иммунной системы лабораторных животных, что актуально при подготовке препарата для сертификации.