Лаборатория физиологии и биохимии растений

Руководитель

Оборская Юлия Васильевна, заведующая лабораторией физиологии и биохимии растений, ведущий научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Краткая историческая справка

Лаборатория физиологии и биохимии растений — молодая команда исследователей, сформированная в 2018 году в рамках реализации национального проекта «Наука». Эта лаборатория входит в структуру Федерального научного центра Всероссийского научно-исследовательского института сои и оснащена современным оборудованием, позволяющим проводить глубокие исследования в области физиологии, биохимии и молекулярной биологии растений. Ключевая миссия лаборатории заключается в изучении фундаментальных процессов роста и развития растительных организмов в условиях воздействия окружающей среды, а также в разработке инновационных подходов, направленных на повышение продуктивности и улучшение качественных характеристик сельскохозяйственной продукции.

Исследователи лаборатории занимаются детальным изучением физиологических аспектов роста и развития различных сортов сои. Работа исследователей охватывает широкий спектр направлений: от динамики увеличения размеров наземной части растения и корневой системы до изучения активности фотосинтеза, водного баланса и процесса транспирации. Важнейшей частью исследований является анализ энергетического метаболизма клеток на протяжении всех этапов жизненного цикла культуры. Ученые уделяют особое внимание выявлению индивидуальных особенностей сортов по физиологическим характеристикам, скорости образования репродуктивных органов, а также степени восприимчивости к изменениям климатических условий и различным агротехническим приемам. Для достижения наиболее объективных результатов эксперименты проводятся как в лабораторных условиях с контролируемым микроклиматом, так и непосредственно в полевых опытах, что обеспечивает надежную проверку полученных выводов.

Особенности формирования репродуктивных органов в зависимости от сорта и условий выращивания (влияние длительного затопления, засухи) изучаются с целью выявления факторов, влияющих на размер цветков, число соцветий, количество стеблей с плодами и общую урожайность. В рамках исследований оцениваются морфологические признаки растений, влияние стрессовых факторов на синтез и накопление репродуктивных запасов, таких как белки и углеводы, которые определяют качество семян и их всхожесть.

Основные направления НИР

1. Изучение работы фотосистемы II в листьях различных сортов культурной и форм дикой сои с использованием показателей флуориметрии, выделить растения с высоким уровнем фотосинтетической активности и продуктивности в зависимости от условий выращивания.
2. Определение влияния фотопериодов на формирование репродуктивных органов и семенную продуктивность растений скороспелого сорта.
3. Установление влияния обеспеченности минеральным питанием и биологическим азотом на работу фотосистемы II в листьях, фотосинтетическую и симбиотическую деятельность посевов и биологическую урожайность сои.
4. Выявление взаимосвязи работы симбиотического аппарата сои с фотосинтетической активностью в зависимости от уровня минерального питания.
5. Выявление сорта сои, различного генетического происхождения, устойчивые к основным болезням для использования их в селекционном процессе.
6. Определение фотосинтетической активности сортов сои в зависимости от поражения растений болезнями.
7. Изучение процессов формирования репродуктивных органов у новых сортов сои в зависимости от условий выращивания и продолжительности вегетационного периода.
8. Выделение сорта с высоким коэффициентом хозяйственной продуктивности в зависимости от работы фотосинтетического аппарата.
9. Выявление сортообразцов и сортов культурной и форм дикой сои с высоким уровнем фотосинтетической активности по показателям работы фотосистемы II и семенной продуктивности для включения в селекционный процесс.
10. Разработка способов определения устойчивости сортообразцов и сортов сои к засухе на основе определения содержания хлорофилла в листьях.
11. Определение сортов сои с высоким уровнем завязываемости репродуктивных органов и матрикальной разнокачественности семян, слабо реагирующих на длину светового дня с рекомендациями о включении в селекционный процесс.
12. Изучение влияния физических и биологических методов воздействия на семена новых сортов сои, определение их устойчивости к низким положительным температурам в период прорастания семян и экстремальным факторам внешней среды, разработка способов определения устойчивости к данным факторам.
13. Выявление маркеров для определения устойчивости растений к засухе и низким положительным температурам в период прорастания, реакции сортов на продолжительность светового дня на основе изучения процессов фотосинтеза и фотопериодизма.
14. Освоение новой технологии в селекции speed breeding, позволяющая получать до 6 поколений в год за счет искусственного освещения и регуляции условий в климатической камере.

Результаты научно-исследовательской работы

• Изучение влияния способа посева на формирование репродуктивных органов у растений сортов сои Сентябринка, Кружевница и Китросса показало преимущество широкорядного способа их возделывания. В этих условиях количество образовавшихся репродуктивных органов у растений было намного выше, а доля опадения цветков, бобов и завязей меньше по сравнению с растениями, выращиваемыми рядовым способом на 15 см. В итоге урожайность семян у всех сортов была самой высокой при широкорядном способе посева, и составляла 3,15…3,67 т/га в зависимости от сорта, против 1,98 …2,52 т/га при возделывании рядовым способом.

• Оценка фотосинтетической активности сортов и форм дикой сои по параметрам флуориметрии позволила выявить сорта амурской селекции: Журавушка, Статная и сортообразец Ам.2398; американской селекции – АD-14 Norpro, АD-17 Council, АD-7 Daksoy, АD - 18 Dowson, АD-8 Jim, АD-11 – Сhico; канадской – Кофу-отбор, Максус, Кассиди, Саска; китайской - Хэй 13-3387, № 9-hh1692, Хэй 1345 как высокоактивные по поглощению квантов света хлорофилла, что способствовало получению урожайности семян от 3,5 до 4,0 т/га.

• Изучение диких форм сои по параметрам флуориметрии выявило формы К Бел-50 и КА-342 с высоким уровнем квантового выхода фотосинтеза (0,80 отн. ед.), что указывает на высокую эффективность работы фотосистемы II в листьях сои. Данные формы рекомендуются включать в селекционные скрещивания при создании сортов с высокой фотосинтетической продуктивностью и устойчивостью к неблагоприятным факторам среды.

• Исследование сортов сои различного генетического происхождения на поражение болезнями и вредителями позволил выявить сорт Золушка, сортообразцы Ам 2430 и Ам 2398, селекции института, американский сорт AD-17 Council, канадской – Саска, обладающие высоким потенциалом развития устойчивости к поражению болезнями. Эти сорта имели высокие показатели квантового выхода фотосинтеза, это указывает на активную работу фотосистемы 2 в листьях сои, что возможно и обеспечивало сопротивляемость клеток к поражению патогенами.

• Оценка 44 сортов сои различного генетического происхождения на процесс формирования репродуктивных органов и степень их и абортивности в условиях избыточного переувлажнения и недостатка тепла позволил выявить максимальный уровень абортивности цветков, завязей и бобов у сортов сои канадской селекции АD - 11 Сhico (88,3 %) и АD - 13 Barnes (80,9%). У сорта АD - 11 Сhico из 240 цветков сформировалось только 24 боба, то есть абортивность составила 90%. Наименьшая абортивность всех органов отмечена у сорта китайской селекции Хэй 05-1031 - 52,2%, остальные сорта имели абортивность цветков, завязей и бобов от 60 до 80 %. У сортов амурской селекции формировалось от 111 до 180 цветков, из которых в итоге образовалось от 44 до 53 бобов, процент абортивности составлял от 60 до 70%. В условиях переувлажнения почвы и недостатка тепла вегетационного периода 2019 года до наступления заморозков созрели все сорта амурской и китайской селекций.

• Уменьшение продолжительности светового дня до 8 часов у сорта сои Сентябринка при сроке посева 23 мая привело к значительному сокращению периода вегетации, так как растения зацвели на 3 дня, а фаза налива бобов началась на 8 дней раньше, чем у растений контрольных вариантов с естественным световым днем. Условия короткого светового дня ускоряют прохождение основных фаз развития сои для короткодневных растений, при этом средняя масса семян с одного растения в контрольном варианте составила 8,6 г, а у растений с 8-ми часовым световым днем она снизилась в среднем на 17 %. Благоприятным по световому режиму был срок посева 28 мая, что подтверждается увеличением высоты растений, количества узлов, семенной продуктивностью одного растения и наибольшей урожайностью (4,60 т/га) по сравнению с растениями сои со сроком посева 23 мая и 3 июня.

• Сравнительная оценка показателей фотосинтетической и симбиотической деятельности посевов сои сорта Лидия при длительном применении удобрений показала тесную корреляционную зависимость в течение всего периода вегетации (R=0,946, R крит.=0,878) между накоплением массы клубеньков и площадью листьев. Благоприятное фосфорное питание и обеспеченность растений азотом способствовали увеличению продолжительности работы листового аппарата (ФП). В среднем за вегетацию, динамика формирования фотосинтетического аппарата была выше контрольного на 45%. Максимальная площадь листьев в вариантах P60 и N30P60+навоз под предшественник превышала контрольный вариант на 41% и 25%, фотосинтетический потенциал (ФП) – на 50% и 27%, соответственно.

• Улучшение обеспеченности посевов биологическим азотом, в варианте P60 обеспечило накопление АСВ на уровне 12 тыс. кг/га, что превышало контроль на 52%. Чистая продуктивность фотосинтеза за вегетацию была наибольшей так же у растений этого варианта и составила – 3,2 г/м2 в сутки, что на 14% больше этого показателя. Урожайность семян составила 3,8 т /га. Отмечена тенденция к повышению урожайности семян по сравнению с контролем.

• Освоена методика выращивания растений методом гидропоники с подбором питательных растворов, содержащих полный набор веществ необходимых для роста и развития растений. Наибольшая масса семян сформировалась при использовании раствора для бобовых культур и была 38%, выше чем в контроле. Применение раствора для бобовых культур с соотношением минеральных элементов N:P:K:Ca:Mg как 200:120:200:280:50 в мг/л, способствует формированию более крупных семян, что в дальнейшем может положительно отразится на урожайности сои.

Список сотрудников лаборатории